駐守在三河壩的二十五師，對主力在湯坑的失利全然不知。他們正在朱德的帶領下，組織後勤支援，做群眾工作，宣傳黨的政策，還把一部分槍支交給大埔縣委和三河壩地區群眾。但是他們很快發現，在淤口方向有許多敵人，擺出了進攻三河壩的模樣。
10月1日，朱德帶著師長周士第、黨代表李碩勳等，仔細觀察了三河壩的地形。他認為要發生戰鬥，如果二十五師還留在三河壩就是背水作戰，這是兵家曆來的大忌。於是，決定把部隊轉移到三河壩對岸的東文部、筆枝尾山、龍虎坑、下村一帶布防，連夜構築工事。師指揮部設在龍虎坑東邊高地。朱德、周士第和李碩勳都在這個指揮所，準備隨時迎擊敵人。
戰前，背著小鬥笠，穿著短褲和草鞋的朱德在河灘竹林旁邊，召集全師官兵講話。他的一個堅定信念就是：要堅守三河壩，為向海陸豐進軍的我軍創造有利條件。他希望二十五師發揚會昌殲敵的精神，保持鐵軍的榮譽，戰勝來犯之敵。
起義軍剛剛布防好，敵錢大鈞部10個團約2萬人就氣勢洶洶地撲來。他們用20多條小船，在半夜頂著濃重的夜幕，開始偷渡。
當木船行到江中，早在灘頭陣地上等候的起義軍，憑借有利地形，按朱德布置的“半渡而擊”，向敵人發起攻擊，打沉了不少船隻。敵人很快便集中兵力，用大炮和重機槍向二十五師陣地轟擊，並越過封鎖線，進到河這岸的石子篤山腳下。另一股敵人則從大麻街附近渡過河來，占領梅子崇一帶高地。
二十五師參謀處長遊步仁率領七十三團奮力出擊。但敵眾我寡，敵人占據有利地形。戰鬥中，遊步仁腹部中彈，隨後犧牲。
與此同時，一部敵軍從汀江上遊渡河占領了東文部，一些敵人過河後進到筆枝尾山腳下。
麵對危局，二十五師七十五團猛打猛攻，幾次擊退敵人。但是強攻也付出了很大代價：七十五團團長孫一中負重傷；七十三團五連連長張子良犧牲；該團還有一名姓王的連長也犧牲了。
10月3日淩晨大霧彌漫。錢大鈞借著大霧，驅兵從正麵對起義軍陣地形成半月形包圍圈，又從西北麵渡過梅江、汀江，對起義軍實施偷襲。這一招果然見效。當起義軍察覺錢大鈞的企圖後，已陷入被動。當他們奮力抵抗之後，錢大鈞以超強兵力傾巢出動，渡江後搶占灘頭竹林陣地。雙方反複爭奪，戰鬥一直僵持到午後。
下午3時，錢大鈞部又調集許多迫擊炮和機槍作掩護，拚命攻擊。起義軍雖經晝夜激戰，又已糧絕，仍以死相拚。這時，另一股敵軍強渡過江後，搶占了梅子崇一帶，對起義軍形成兩麵夾擊，形勢更為不利。
就在這個時候，朱德得到情報，知道黃紹竑部已從韓江下遊開來，有與錢大鈞聯手合擊二十五師之勢。在這種情況下，朱德決定為了保存實力，立即撤出戰鬥，去追趕主力。同時決定留下七十五團三營做掩護，其餘部隊交替掩護，迅速轉移。
在筆枝尾山頂擔任掩護撤退任務的第七十五團第三營將士們，浴血奮戰，打退敵人數十次進攻之後，子彈手榴彈全部打光，營長蔡晴川帶頭撲向敵人拳打口咬，全營官兵壯烈犧牲在陣地上。10月18日的廣東《新聞報》從另一個側麵，報道了三河壩戰鬥的慘烈：此次國共兩軍惡戰，為從來所未見。廣州軍用篷船24艘載兵到三河衝鋒，賀軍待船將靠岸，始開槍射擊，全船軍士連船夫盡遭擊斃。現韓江兩岸，死屍遍野，野犬食人肉，徹夜嗥叫，如同鬼哭。土人將屍骸曳之投河為之塞。7日，潮州湘子橋麵一日之間撈起漂屍600具，交善堂殮葬。屍身上有纏紅帶者，有纏白帶者，多為刺刀刺死者，或斷頭，或裂腹，有五官不全者，有四肢已斷者，全屍者不及三分之一。現韓江沿岸葦叢中未及收撈者尚不可勝計也。潮州城中居民曆來到韓江城外汲食韓江之水，自見浮屍之多，恐生癘疫，近日改汲井水，亦可想見當時戰鬥激烈之一斑矣。
朱德和周士第率領第二十五師剩餘的2000人，在10月6日清晨撤出三河壩後，當夜兼程去追趕主力部隊。
可是他們萬萬沒有想到，主力已遭到比他們更加慘重的失敗。當天晚上，他們抵達饒平以北的茂芝。第二天清晨，遇見第二十軍教導團參謀長周邦采。他帶著那支200多人的隊伍。朱德問：“邦采，你怎麼到這裏來了？”這一問，周邦采一個硬朗的漢子撲簌簌掉下淚來：“朱軍長，主力在湯坑作戰失利了，潮汕也已失守。我手下就剩這200來人了！”
“恩來、伯承他們呢？”朱德也是大驚失色。“汕頭全是敵人的探照燈，他們要是不走就危險了！”