8月16日，敌人对万源发起了第一次猛攻。唐式遵部的8个旅，在飞机、大炮等强大火力的掩护下，向万源城东南的大面山、孔家山、南天门等红军坚守的防御阵地实施了连续猛烈的冲击。在敌波浪式持续冲击面前，我红军依托既设阵地，英勇奋战，顽强抗击，反复争夺阵地，使敌人组织的一次次的冲击均未能达成目的，接二连三地败下阵来。对此，唐式遵并不甘心，但又怕自己的损失太大，所以，他就将所有参加作战的部队轮流担任主攻。每一次的攻击，都是在拂晓时发动，等到早晨八、九点钟，从梁山机场起飞的飞机（多为9架飞机编队）飞到前线的时候，地面部队便在飞机火力的掩护下发起攻击，连滚带爬，蜂拥而上，当敌进到半山腰地带时，我红军火力一起开火，打得敌人抬不起头来，由于敌我相距较近，飞机的火力怕误伤自己人，又无法再行火力支援，地面部队自身的火力又难以实施有效的掩护和支援，每次冲击都是攻又攻不上去，退又退不下来，一直相持到下午，敌机不能再来的时候，红军就组织阵前出击和反击，这时的敌人，只有抱头鼠窜，仓皇而退，付出了重大代价，而未能前进一步。敌第一师及王三春、陈国枢部向甑子坪、花萼山攻击，廖雨辰、汪铸龙向南天门攻击，其第二师、第三师向大面山、孔家山攻击。一个团攻不动，就用两个团、三个团、四个团。尤其是刘湘的“王牌”部队和“模范”教导师，依仗其拥有大批轻重机枪、迫击炮、山炮和充足的弹药，攻势更猛。他们还以供应鸦片作“动力”，让“双枪兵”攻击前先过足了大烟瘾。每次进攻，川军都以强大炮火首先实施猛烈轰击，而后实施密集冲锋，漫山遍野，大喊大叫，一轮接一轮地反复冲击。坚守在各个阵地上的红军指战员，发扬敢打敢拼、勇猛顽强的精神，人在阵地在，决不让敌人夺取一个阵地。他们在前沿阵地的堑壕里挖上避弹坑藏身、壕顶铺上树干、树枝和厚厚的土层形成盖沟，防敌炮火袭击；当敌人接近阵地时，步机枪一起开火，手榴弹开花，滚木雷石齐下，打得川军成堆成堆地伤亡；阵地被川军突入，红军就和敌人肉搏，直至将敌人杀退。坚守在老鹰寨、青山的3个连，抗住了川军两个旅的轮番进攻。总部教导队的100多人，顶住敌人1个团的进攻，血战一天后，只剩下30多人，阵地依然在手。
大面山是海拔1000多公尺的大山，是川军的主要攻击目标之一。由红九军副军长许世友和政委陈海松率第二十五师防守。许世友在《万源保卫战》中叙述了激战的情景：
我们从望远镜看去，山坡上、山谷里，到处是敌人，就像数不清的狼群，往我们山上扑来。……我们的战士一个个从工事里跳出去，杀奔敌人，和敌军混战成一片。……这样的反复冲锋，一个上午就有五六次、七八次之多。……眼看着熟悉的战士、干部在肉搏中倒下，眼看着敌人冲上了盖沟，……我们的大刀是纯钢的，能连砍十多个铜元不卷刃，但在厮杀中有时也砍卷了刃，长矛更是捅得弯弯扭扭的。……情况实在危急时，我们军、师干部，把八角帽往下一拉，也带了敢死营出击。敢死营配备有冲锋枪、大刀，一冲出去，就把敌人杀得纷纷倒地。打了一两仗，总指挥徐向前同志就亲临大面山前线视察。他见我们阵地坚固，敌人没有能够上山一步，表示满意。巡视完毕，徐向前总指挥在棚子中坐下来，详细告诉我们敌我情况。他说，大面山是敌人主攻方向之一，是全线的重点阵地，一定要坚守。右侧的三十军、左侧的四军，都打得很好。他还勉励部队：考验是很重的，可是我们从百战中打出来的战斗作风更硬。
7月22日，敌人又对万源实施了第二次猛攻。继续向大面山、甑子坪的红军阵地展开了进攻，整团整旅地向红军阵地轮番冲击，但在红军的顽强抗击下，均未突破一处阵地，红军的防线岿然不动。敌人不到完全输光的时候，是不肯甘休，败下阵去的。唐式遵把他的队伍加以整顿后，7月27日，又集中主力部队再次向大面山、甑子坪实施第三次攻击，战斗进行得异常激烈。前沿阵地不时被敌突破，营的敢死队，团的预备队都投入了战斗，同敌人进行反复争夺，战斗达到白热化的程度，最终其结果仍是如前一样。万源前线的三次防御，打退了敌人的三次大规模进攻，歼灭敌有生力量数千人，连同6月下旬，红军共毙伤敌团以下官兵7000余人，缴获步枪千余支，机枪20挺，追击炮20门。同时，西线之敌，在我红军的沉重打击下，也是损失惨重。加之军阀之间的矛盾越来越突出，所以，遂即也就停止了对通江、坪溪坝以西之线的进攻，就此观望不前。
刘湘见万源连攻不克，束手无策，万般无奈，只好采取最后一个无能的蠢招，发布了奖惩命令，凡是能够攻下万源附近阵地的部队奖赏3万元银元。凡是放弃阵地者，临阵后退者，不管是师长、旅长、团长，一律军法论处。然而，不论是重赏，还是严罚，都没有能改变其失败的结果。
8月6日，刘湘又集中其主要兵力对万源发起了第四次猛烈的攻击。首先是以飞机、大炮火力向红军阵地实施了密集的火力突击；尔后，在唐式遵亲临前线指挥下，对万源发起了三面围攻。敌第一师及王三春、陈国枢部向甑子坪、花萼山攻击，廖雨辰、汪铸龙向南天门攻击，其第二师、第三师向大面山、孔家山攻击。而坚守的红军部队在顽强抗击的同时，在局部地段还利用有利战机实施了突然、果断、勇猛的阵前出击。担任出击的红军战士，勇敢地跃出工事，冲人敌群，挥动着大刀、长矛，与敌人展开了厮杀，增大了敌人的伤亡。当红军击退了敌八、九个旅的冲击后，还乘势组织了多路出击，勇猛追杀，一鼓作气，追击敌7里以外，彻底打乱了敌人的围攻作战部署。8月6日、7日两天，是敌人第四次冲击的顶点，战斗异常激烈，但坚守的红军顽强防守，始终未后退一步，并缴获了大批的武器装备，而敌人却损兵4000多人。许世友在他的《万源保卫战》一文中回忆道：我军在万源与敌人反复争夺阵地，“敌人每天进攻，还先后发动了六次大攻击。大攻击时，敌人有时竟一线展开10多个团，密如蜂蚁，我们的短兵武器就更发挥作用，特别是马尾巴手榴弹，拨了保险针，一甩就是一大串。4个月中，敌人伤亡惨重，最多的一天伤亡上万。”据当时我东方快电报道：“刘湘集中其第一师、第二师、第三师及廖雨辰师全部残破主力进攻我万源城。三个月来，激战共六次，我们光荣英勇百战百胜的红四方面军，已经把敌人打得破烂不堪，敌伤亡达万人。然其野心未死，在他临死的前夜，复于本月5日、6日、7日又集中其全部残破主力，约共26个团，第七次来猛攻我万源之青山、老鹰岩、大面山、玄祖殿、香炉山、甄子坪、笋子梁。激战三天两夜，我军以无尚英勇与拼死命的决心，首先给予严重杀伤，处处反攻、出击、冲锋、肉搏，大小10余次，最后将敌全线击退，追敌10余里，敌之第七旅、第五旅、第四旅、第一旅几乎完全消灭。廖雨辰全师被打得丢盔弃甲，狼狈不堪。其他如第三旅都打得溃不成军。虽然敌集中机炮射击，飞机轰炸，反动官长及敢死队以炸弹、大刀压迫士兵冲锋，但在我猛烈火力之下，敌全不能进展，死尸成千，血流成河，全无斗志，一击飞退，一退全垮，无有人掩护，十几团乱退乱跑。刘湘失败之惨以这次为最大，简直是溃不成军了。……我军伤亡不到200余。”南线8月8日电：敌在通江城南岸及上七门一带，又于本日集中李家钰、杨森、范绍增共10个团分几路进攻，激战全日，最后完全被我击溃，义缴枪300余，杀伤七、八百。
红四方面军通过这段坚守通江，保卫万源的反攻战，有效地实现了原定作战意图，通过坚守防御大量地消耗了敌人的有生力量，使敌人处于被动地位，士气低落，颓丧厌战，怨声载道，疲惫沮丧，不堪一击。而当敌“再而衰，三而竭”的时候，以逸待劳，士气倍增，战力精锐的红军，则集中主力于主要方向，给敌以致命的打击，并创造出反攻和进攻的战机和态势。最终取得了彻底粉碎敌“六路围攻”的伟大胜利。应该说，这一来之不易的胜利，是总指挥徐向前运用“以守而待攻，复以战而乘敝”的军事谋略指导反“六路围攻”作战的结果，是红四方面军贯彻方面军正确决策的结果。正像许世友在回忆录中写道的：“万源防御战，是我一生中经历过的一次规模最大、时间最长，也极为残酷激烈的坚守防御作战，我军经过七十余日的艰苦奋战，挫败了刘湘主力十几万人的多次猛攻，大量地消耗了敌人的有生力量，粉碎了敌人妄图消灭我军的企图，为全面反攻创造了十分有利的条件。”
万源保卫战的日日夜夜，总指挥徐向前总是冒着枪林弹雨，到前沿阵地直接指挥战斗。大面山、孙家山、花萼山等阵地，都留下了他的足迹，在红四方面军指战员的战斗经历中，总指挥亲临前线早已不算新奇的事情了。指战员总是劝徐向前总指挥快些离开前沿。但徐向前总是笑着说：“前沿才好哪，走得近看得清，我呆在后方怎么指挥打仗呀？你们不也是在前沿吗？”有时，他在前线用望远镜观察两军激战的情况，敌人的子弹“嗖嗖”地从身边穿过，炮弹在附近开花，他若无其事，继续观察。他认为，指挥员亲临前线，及时了解实战情况，是决定战斗胜负的重要条件之一。有些东西，不是靠坐在指挥所里就能摸到的。所以，每次重要的战役战斗，尤其是战局最吃紧、最关键的地方，他都要亲临其境。根据战场的实际情况贯彻作战意图，调整战斗部署，变换战术要求，处置意外情况。正是在徐向前的影响下，红四方面军的各级指挥员都养成了指挥靠前、身先士卒的战斗作风。在万源保卫战中，许多军、师、团的指挥员都经常轮流到前沿阵地和战士们一起奋勇杀敌，从而赢得那些最紧张、最激烈、最残酷的战役、战斗的胜利。
