红军扫清了江油城外围之后，江油成了一座被红军围包的孤城。这座县城有三座城门，在红军到达之前关上了两座，只留下北门与城外联络。但是，当防守外围的任建勋团被红军击溃之后，江油城的北门也关上了。此刻，川军杨晒轩旅的旅部、一个手枪连和九个步兵连全部被困在了城里。邓锡侯打电话问杨晒轩能坚持多久，杨晒轩回答说最多十天。

四月十六日，邓锡侯率川军第二十八军第二师的龚渭清旅、第五师的陶凯旅、李勋伯团和任建勋团由绵阳出发，到达青莲镇，会合了孙礼和卢济清的两个旅后，继续向江油前进。

红四方面军根据敌情的变化，决定以第九军二十七师继续围困江油县城，而将第四军十师、十一师，第九军二十五师，第三十军八十八师主力部署在邓锡侯部的必经之路上。四月十七日拂晓，川军开始了进攻，进攻似乎发展顺利，红军节节抵抗，但抵抗一阵后就稍退一段，川军虽然每推进一步都要付出代价，但是追究是在向前推进。这种缓慢的推进一直持续到了下午，川军左翼部队已经攻到了鲁家梁子的半山腰，右翼部队也占领了一个高地，并开始向红军主阵地发起了攻击。天黑之前一定要拿下战斗，如果能够发动一次猛烈的冲锋，红军也许瞬间就垮了，这次无论如何要把他们赶回涪江以北去--邓锡侯觉得胜利在握。

此时，徐向前正在江油城南的一间民房里阅读《史记》，这本红军缴获来的竖版史书令他一有空就想读一段。徐向前与四川军阀们交手多次，他的体会是：论兵力，刘湘兵强马壮；论打仗，邓锡侯精明过人。因此，他给部队的命令是：以小部队的边打边撤，把敌人深深地引进来，同时以一部向敌人的后面包抄迂回。

接近下午四点的时候，徐向前抓起电话下达了作战命令。

第四军军长许世友不是个好脾气。迎着川军密集的子弹，他硬要站在阵地的前沿，大个子警卫员无论如何也拉不动他。许世友一九二七年参加黄麻起义后，在红军中历任排长、连长、团长、师长、军长，在出生入死的战斗中虽七次负伤但凶气未减。没有人知道这个威猛的红军将领到底有多大力气，据说他能把一头大黄牛举起来然后重重地摔死。他那把又宽又厚的纯钢锻造的鬼头刀极重，红军战士往往需要双手抬着才能试试这把大刀的分量，但是许世友单手抡刀却犹如一阵旋风，无数敌人的脑壳在他刀起刀落的风声中滚落在地。这天下午，许世友虽然接到了反击命令，但他不准部队射击，说谁在五十步以外射击就枪毙谁。川军快到跟前的时候，许世友突然大吼一声，官兵们一齐开火，然后阵地上便杀声四起。战斗进行到关键的时刻，许世友果断起用了预备队二十八团。二十八团团长王近山是方面军中有名的打仗能手，这个团坚守在第四军和第三十军的接合部，阵地始终坚如磐石。

同时，第三十军也发出了出击的命令。二十五师和八十八师的红军官兵冲出阵地向敌人扑了上去。由于冲击得太急，担心在川军猛烈的火力下出现太多伤亡的指挥员一个劲儿地喊“稳住气！不要急！”但是，红军官兵的冲击已经无法停止。从早上六点就开始进攻的川军已经连续十个小时没有休息了，部队在红军突然发动的反击中被截成了几截。眼看要被包围的川军拼死突围，与冲到了跟前的红军混战在一起。八十八师二六五团团长邹丰明一手拿着驳壳枪、一手握着一柄大刀冲在队伍的最前面。战斗进行到胶着状态时，川军集中了一个整旅的兵力在中路开始了突击。二六八团二营在机枪的掩护下，一个连冒着弹雨在正面阻击，另外两个连开始向敌人的两侧迂回。一个十六岁的小战士，是两个月前红军攻打勉县时参军的，他在连续刺倒了两个敌人之后，又和另外一个把刺刀刺入他后背的敌人抱在了一起，无论敌人怎样扭打他就是不松手，直到赶过来的战友把这个敌人刺死--小红军终于松开了自己的双手，他踉跄着扑向自己的战友，背上依然插着敌人的刺刀。

黄昏，川军各部队开始出现动摇，右翼孙礼旅由于伤亡巨大率先向中坝方向溃退。孙礼旅的溃退导致卢济清旅三面受攻，卢济清不敢恋战只有赶紧撤退。红军对鲁家梁子的包抄最后形成合围态势，龚渭清旅和陶凯旅的退路已被截断，被围困的川军只有进行最后的搏杀。在搏杀中，龚渭清亲自指挥他的驳壳枪营进行反击，但是已经无法阻挡红军凶猛的攻势。龚渭清身负重伤后，他的团长赵云霖、张南芳以及营长龚应全也先后负伤，全旅士兵伤亡过半。陶凯旅在投入了预备队后虽然勉强稳住了阵地，但是全旅伤亡已经超过了五百。各路川军的溃逃令在嘴头岩指挥部督战的邓锡侯心惊胆战。在命令预备队原地阻击红军的追击后，他自己也卷入了溃逃的川军队伍中，直到进逃进了中坝县城把城门死死地关上。