下午3點多鍾，敵四十九師全部進入我軍預設戰場。照預計，在黃昏前發動總攻較為有利，但是敵人既然已經到來，就需要提前發起總攻擊。戰士們向徐總報告了情況，徐總馬上批準了他們的決心。紅軍立即發出總攻命令和信號。這時隱蔽在山上的紅軍主力，一齊向敵人出擊。一時間，槍聲、喊殺聲、炮彈和手榴彈的爆炸聲響成一片，十九裏地的戰場成了一片火海。
紅軍二六八團和二六七團的動作異常勇猛，一下子又將敵師本隊和後衛斬成兩段。這樣，整個敵人便被我斬斷成三截。驃軍英勇出擊，奮力殺敵，尤其是二六八團打得更出色。敵人為打通聯係，瘋狂地向二六八團反撲，而二六八團像一把鋼刀一樣插在敵人中間，連續打垮了敵人數次衝擊。先念同誌曾對鄭維山同誌說：“打得好，打得勇猛頑強，你們撲上去不多久，包座河兩岸森林的上空煙霧迷漫，黃土遮日，隻聽得槍聲、喊殺聲，看不到人。我軍有這種作風，就無敵不克。”先念同誌的話真實地描述了當時戰鬥的激烈程度和紅軍指揮員英勇頑強的精神。
戰鬥在激烈地進行著。在總的地勢上，紅軍是居高臨下，但敵人是縱深配備，並占據著許多小山頭。尤其是漫山遍野都是大樺樹和灌木叢，敵人運動兵力紅軍看不到。紅軍衝到哪裏，那裏的敵人就利用樹林、山包或河坎作掩護，拚命地守衛，拚命地反擊。程世才把軍部的幾門迫擊炮用來支援八十八師，用僅有的幾十發炮彈轟擊敵人集群。戰士們用手榴彈、刺刀和大刀片同敵人廝殺。有的馬尾手榴彈掛在樹上，殺傷不了敵人，戰士們就端著刺刀或揮著大刀片撲上去。前邊的倒下了，後邊的又衝上去，同敵人展開了肉搏戰，一個山頭要經過幾次爭奪、敵人搶占了，紅軍就再把它奪回來。有一位烈士，一隻胳膊打斷了，另一隻手裏還緊緊握著大刀片，這種情景是多麼令人感慨啊！他們在草地上吃的是野菜、樹皮，為人民貢獻出的是寶貴的生命和鮮血！
師、團掌握的所有預備隊及其機關和軍的通信連、警衛連、保衛排等都投入了戰鬥；軍部的機關幹部、宣傳隊員以及有的炊事員和飼養員，也都拿起武器參加了戰鬥。師、團指揮員都在第一線，最後出擊時，三十軍的幾個領導同誌也都到了前邊。
戰鬥激烈地進行了七八個小時。紅軍終於把截成三段的敵人，一段一段啃掉了。敵師長伍誠仁胳膊打斷，被紅軍俘虜。戰士們押著他來見鄭維山政委。這個剛才還神氣十足的敵師長，現在卻吊著個受傷的胳膊，垂頭喪氣地站在那裏。鄭維山同誌報告了領導，並派人把他押來軍部。但後來由於天黑下大雨，伍誠仁乘著戰場混亂跳河跑了。敵人的一個團長和副團長也做了俘虜。
敵戰鬥部隊被殲，後勤部隊則企圖逃跑。負責截尾的二六九團一個營猛追敵人，繳獲了七八百條犛牛和一千多隻羊，以及糧食和彈藥。由於戰士們的體力消耗很大，追不甚遠，結果敵人的戰鬥部隊和輜重部隊六百餘人向鬆潘方向逃脫了。圍殲敵四十師的戰鬥即將結束時，紅軍命令留作預備隊的二六九團主力迅速回返大戒寺，協同二六四團消滅包座守敵。到半夜兩點鍾，殲滅了兩個多連的敵人，攻占了大戒寺的北山，並從西南麵攻入寺內。敵人終於抵擋不住了，他們放火燒寺內的糧庫、敵團長帶著四百餘人趁著大霧從東南方向逃往南坪。當時紅軍若再多些兵力，這些敵人是逃不脫的。紅軍攻入寺院後殲滅了殘敵一個多連，並迅速將火撲滅。很多戰士跳上冒著煙的糧垛，抓出燒焦了的糧食，大口的吞嚼。他們是忍著饑餓同敵人廝拚而取得勝利的。
守在大戒寺後東北高山的殘敵，約二百餘人，紅軍為了減少不必要的傷亡，於是將他們緊緊圍住，展開了政治攻勢。紅軍攻占大戒寺後，敵人見大勢已去，便全部下山，繳獲了全部彈藥、糧食和牛羊。
就在紅軍圍殲敵四十九師的同時，紅四軍一部也在求吉寺同守敵展開了激戰。由於敵憑險固守，部隊攻擊很難奏效，傷亡不小。戰鬥中，紅十師師長王友鈞同誌打紅了眼，端起機槍架在警衛員肩上，向敵人猛烈射擊，指揮並掩護部隊攻擊，不幸中彈犧牲。經過激戰，午夜求吉寺守敵全部被紅軍殲滅。至此，上下包座被紅軍占領，共殲敵五千餘人。
包座之戰，是紅一、四方麵軍會師後，紅四方麵軍在毛澤東親自領導下，在徐向前直接指揮下進行的第一次戰鬥，打開了紅軍北出甘南的通道，粉碎了敵人阻止紅軍北進的企圖，為紅軍的下一步發展創造了有利條件。毛澤東表揚說：“四方麵軍幹部戰士英勇善戰，打得好！”
紅軍右路軍北出草地，包座大捷的消息傳到了蔣介石耳裏，蔣頓時大怒，立即下令把四十九師師長伍誠仁撤職查辦。並急電蘭州朱紹良，令新編十四師魯大昌部扼守岷縣及臘子口；令胡宗南部速回甘肅西固堵截；令王均部在岷縣、天水、武山地區防堵。這時敵人在甘南兵力比較空虛，利於紅軍出擊。
至此，毛澤東等率領的右路軍完全走出了被稱為死亡地帶的草地，再一次打破了敵人的圍追堵截。“魔毯”般的草地沒有成為紅軍的陷阱，上下包座也沒有成為紅軍的生存障礙。