另以有力支队抄小路出洪门截断南城、硝石交通、通讯，并积极向南城游击侦察。
寻淮洲红20师主力位于杨坪，另以一个团为左翼支队进到毛坪，从南面向硝石进攻，并破坏硝石、黎川间交通。
洪超红6师及谢嵩红12团集结于竹油、竹原待命。
与此同时，中央军按照红一方面军首长指示，以一部兵力出南城新丰街地区，箝制和消灭该地区敌军，配合东方军作战。
10月9日凌晨，东方军司令部发布攻击令。
10月9日12时，张锡龙红4师、彭绍辉红5师从北面开始进攻硝石。
程子华红13师从雁石至谢坊与李聚奎红20师一个营协同，从东面发起进攻，并以一个营过河南占领石堡，尔后向硝石东南攻击。
张锡龙红4师依托华灵峰，彭绍辉红5师依托周家台，向敌发起攻击。
但敌人凭借工事顽抗，红军各路进攻均未奏效，夜间再次发起攻击也未成功。
当天下午4时，左翼部队13师协同20师一部沿资水两岸开始佯攻。
接着右翼队从北面向敌143团阵地及桥头村144团阵地的第20堡、第22堡猛烈冲击，并以迫击炮向敌猛击。
这样酣战到黄昏，红军突击队携带shǒu • qiāng 、手榴弹在轻机枪火力掩护下，趁夜继续向桥头村及第22堡各处猛烈冲击。
如此反复四次，其中肉搏两次，守敌以汽油棉絮制成火球照明，进行顽抗，红军攻击未能奏效。
从10日至12日，红军对硝石之敌白天围困，晚上以一部分兵力发起攻击。
而敌人则晚上凭堡据守，白天有时以小分队在空军掩护下向外袭扰，其主力则按兵不动。
东方军每一次冲锋都被击退，遭致重大伤亡，粟裕即在此次战斗中左臂中弹，久治不愈，差点把胳膊锯掉。
眼看红军伤亡日益增大，彭德怀接连向中革军委电报陈述反对继续强攻硝石。
10月10日，东方军司令部因主力军进攻失利，令各师除留一营原地监视敌人外，其余集结于韩公桥、陈坊、崔坊一线，待机打援。
9时，敌出动空军对红军实施轰炸，红军除留小部队警戒外，大部于华顶峰、永寿桥附近山谷凹地间隐蔽防空。
薄暮时分，红军复向敌军攻击。
10月11日拂晓以后，敌空军继续轰炸。因连日攻硝石不克，东方军司令部召开主要干部及政治工作人员、士兵代表会议。
会议决定在部队中开展歼敌竞赛，并根据硝石工事坚固，攻击不易奏效牺牲过大的情况，而改用围困战术，争取先截击黎南援军，再夺取硝石。
午夜，红军于华顶峰举火，火焰烛天，火光中红军以精锐部队在浓密火力掩护下分路向敌阵猛扑，一时杀声震天。
其前锋一度冲至敌碉堡附近肉搏相持。
但敌人凶悍无比，红军依然未能夺取阵地。
10月12日，敌空军继续轰炸，日间战况沉寂，入夜红军再度发起攻击，一面以湖南籍士兵喊话宣传，一面发起冲锋突击。
10月13日晨，南城之敌3个师向硝石增援，东方军司令部据此决定，先舍硝石之敌，以主力侧击南城来援之敌而消灭之。
然而就在此日，敌李延年第9师、肖乾11师、霍揆彰14师和94师由南城进抵硝石，吴奇伟90师、傅仲芳67师等部进驻新丰街；第8纵队一部兵力从黎川向硝石开进。
这时，东方军已处于敌军包围之中，中革军委也看到形势不对，被迫放弃进攻硝石计划，命令当晚撤出战斗。
中革军委令红五军团于资溪桥掩护部队转移。
周建屏红19师、寻淮洲红20师转至金溪地区箝制敌人，并于敌后开展游击战争。
红三军团转至飞鸢、杉关地区待机。
午后3时，东方军开始撤离硝石附近。次日撤离完毕。至此，硝石战役结束。
这次战役红军部队虽然英勇战斗，但终因“左”倾领导的错误指挥而导致红军遭受重大损失。