在悔恨之下，段祺瑞最終還是決定固守待援，因為現在突圍，段祺瑞心裏實在是沒有什麼把握，在突圍的過程中，清軍很可能在義勇軍的圍攻下崩潰，而固守的話還能夠多堅持幾天。
當然如果選擇固守待援，是需要有援軍才行，不然也是死路一條。不過段祺瑞認為如果自己給鐵良、良弼再寫一封信，向他們陳明利害關係，畢竟他們是這次進剿的主將，一但進剿失利，兩人都是難辭其咎的，因此如果兩人收到自己的這封信，一定會出兵來救援自己，而且同時段祺瑞又給第二鎮統領王英楷寫了一封信，請王英楷看在同僚之誼的情份，出兵救援自己。雖然現在義勇軍己對清軍完成了四麵包圍，但還是有一些空隙，少數人還是可以利用這些空隙逃出去的，也可以說這兩封信寄托著段祺瑞的全部希望。
另外現在的段祺瑞多少也有幾分自暴自棄的心態，寧可在原地固守待援，也不冒險突圍，如果鐵良、良弼兩人不發援軍來，自己就在這是全軍覆沒，以身殉職，也是讓這次進剿徹底失利，這樣鐵良、良弼也就脫不了責任。
送出了信之後，段祺瑞也下令全軍加強守備，準備迎擊義勇軍的進攻。而段祺瑞也估計，援軍趕來最快也要三天時間，最慢就不好說了，十天半個月都有可能，不過段祺瑞認為自己能夠守5-6天的時間，到不是清軍的戰鬥力不夠，而是攜帶的彈藥隻有這麼多。現在清軍的總兵力約為2萬7千左右，其中北洋三鎮的軍隊還有約1萬餘人，另外還有7千餘後勤輔助士兵，還有近萬餘其他軍隊，和義勇軍相比，人數的劣勢並不是十分明顯。
而就在第二天，義勇軍向清軍的陣地發動了進攻。首先在清軍的正麵陣地，集中了75毫米野戰炮兵團全部72門75毫米野戰炮，以及華東政府在戰前緊急支援過來的6門125毫米野戰炮，向清軍的陣地展開了猛烈的炮擊。
雖然北洋新軍是按照近代軍隊的樣式編製訓練的軍隊，也十分重視火炮的運用，但畢竟是缺少實戰經驗，而且火炮戰術的理念還是歐洲10年前的落後思路，一來是北洋新軍的戰術操典主要是參考的德國陸軍，德國教給北洋新軍的隻是一些日常訓練的科目或普通的戰術，而最新炮兵戰術當然不可能教給北洋新軍的；二來是這個時代的戰術也是在不斷的變化中，每次局部戰爭之後，各國都會有一大堆軍事專家進行分析研究總結，不斷的修改並完善既定的戰術，而在這方麵，清廷顯然是功課做得不夠。而義勇軍裝配的火炮雖然不多，但運用火炮的戰術思路無疑是這個時代最先進的，這次就是集中火力，進行覆蓋性炮擊，在戰場局部形成優勢火力。
義勇軍的火力幾乎覆蓋了清軍的整個前部陣地，爆炸的聲音基本沒有停止過，而揚起的硝煙、塵土將清軍的正麵陣地全部淹沒。守在陣地上的清軍也沒有想到過，義勇軍的火炮打擊竟會如此猛烈，而且清軍的陣地布置顯然也沒有考慮防炮擊設計，因此造成了大量的傷亡，不過還是有相當一倍份清兵是對猛烈的炮擊產生了恐懼心理，逃出了陣地，結果被炮擊炸死。
段祺瑞坐在自己的指揮部裏，聽著外麵的炮擊爆炸聲音不絕於耳，而桌上的茶杯都震掉到地上摔碎了兩個，萬沒有想到，這夥匪賊的炮擊會如此猛烈而密集，雖然段祺端號稱北洋之虎，其實到現在打過的仗也不過是一些平匪滅寇之類的小仗，那裏見過什麼大的陣仗，這麼驚人的聲勢，就連平時訓練也沒有這樣大規模的炮擊，因此這時段祺瑞臉色蒼白，扶著茶杯的手還在發抖。
義勇軍的炮擊差不多持續了30多分鍾，共計打出了6000餘發炮彈，而為了準備這場反圍剿的戰爭，義勇軍準備的炮彈一共也隻有1萬餘發。等到炮擊結束之後，清軍的正麵陣地己被炸得一遍狼籍，麵目全非了。
隨後義勇軍才正式從各戰線向清軍的陣地發動進攻，而由於清軍的正麵陣地基本己被義勇軍的炮擊摧毀，守軍傷亡近半，剩餘的士兵也都無心再戰，義勇軍的士兵衝進清軍的陣地之後，清軍根本就無力再戰，紛紛敗退，幸好是這時段祺瑞還沒有放棄戰鬥，將預備隊派上來增援，和攻入清軍陣地的義勇軍士兵展開了白刃作戰，這才算是免強暫時阻擋住了義勇軍的攻擊。
不過這時義勇軍的士氣如虹，鬥誌昂揚，因此人人奮勇，個個爭先，而清軍這時卻是軍心底落，何況雙方的軍事素質、作戰經驗也相差無幾，清軍並不比義勇軍強多少，結果在刺刀交擊、寒光閃過之後，倒下的十有六七都是清兵，結果雙方激戰了20多分鍾之後，清軍終於招架不住，向後撤退而去。