5月15日拂曉，紅軍各部開始行動。為了確保打勝第一仗，毛澤東於當晚趕到紅三軍，同黃公略軍長一起，找向導調查道路，在東固至中洞大道的南側找到了一條小路，隨即確定第三軍主力改由這條小路前進，從沿大道東犯之敵右側實施攻擊。這一改變，對於殲滅敵第二十八師起到了重要的作用。
5月16日拂曉前，紅一方麵軍總部在由坳上沿通向中洞的大道西進時，前衛特務連同沿中洞至東固大道東犯之敵第二十八師先頭部隊遭遇，因敵眾我寡，毛澤東率總部及特務連搶占白雲山與敵激戰，並阻止了敵人的前進。近午時分，由小道秘密前進的紅三軍注力已進到中洞的南側，乘敵第二十八師的後尾全部離開了中洞時，突然從山上猛攻下來。敵人遭此突如其來的側麵攻擊，頓時陷入混亂，迅速被殲大部。與此同時，我右路軍第四軍搶占了觀音崖、九寸嶺兩隘口，並在追擊中殲敵第四十七師1個旅大部。擔任迂回任務的紅三軍團，於16日進占固陂，殲滅敵第二十八師的兵站後，當即進占富田。
中洞大捷後，紅軍依照毛澤東的“由西向東橫掃，求得各個擊破”的運動作戰方針，集中紅軍主力，於5月17日上午由富田向水南追擊郭華宗之第四十三師。敵軍企圖退至瀟龍河北岸據守，但原先架設的便橋已被當地赤衛隊拆除，河深不能徒涉，便轉向-白沙逃跑。紅三、紅四軍立即向白沙猛追，紅三軍團亦直插白沙附近。5月19日，紅軍在白沙截住逃敵，經激戰，全殲敵第四十七師1個旅的殘部和第四十三師一部，餘敵逃向永豐。與此同時，紅十二軍攻占沙溪，敵人第五十四師星夜逃回永豐；南麵第十九路軍也由城岡圩撤回興國，隨後又全部撤回贛州。
當紅軍集中力量同敵第五路軍作戰時，敵第二十六路軍孫連仲部奉命從南團出小布，繞道向紅軍側後進攻。5月20日，其高樹勳第二十七師進到南團及其附近，當晚又受命經中村向沙溪增援第五十四師。這時白沙戰鬥已經結束，紅軍正按預定計劃繼續，向東擴張戰果。5月21日午後，紅軍前鋒進至中村附近，即與敵第二十七師第八十一旅的先頭部隊接觸。毛澤東、朱德決定殲滅進到中村之敵，乘勢直下南團。作戰部署是：第三軍團和第四軍攻擊中村；第三、第十二軍為總預備隊，準備爾後參加攻擊南團。22日上午，紅軍發起攻擊，經激烈戰鬥，於當日13'時占領中村，殲敵第二十七師近1個旅，餘敵竄回樂安。當晚，紅軍追至南團，敵軍第二十五師倉皇撤回宜黃。
紅軍進到南團後，中共蘇區中央局即留駐龍岡，另組成以毛澤東為書記的紅一方麵軍臨時總前委，負責指揮前線作戰和領導戰區地方工作。紅軍在臨時總前委指揮下，按預定計劃，日夜兼程向東急進。這時，敵人第六路軍慌忙向廣昌收縮兵力，並自5月23日開始，按第八、第二十四、第五師的順序，由廣昌向南豐撤退。臨時總前委得知敵人意圖後，決定乘敵第五師4個團未及撤離廣昌之機，攻殲該敵，奪取廣昌城。部署是：以第三軍經甘竹向南豐急進，追擊北逃之敵第八、第二十四師；以第四軍為左翼，第十二軍為右翼，擔任攻擊廣昌；第三軍團為攻城總預備隊。5月27日晨，紅軍直逼廣昌城下。守敵第五師憑堅頑抗。打了整整一個上午，紅軍部隊不僅仍被擋在城外，而且傷亡很大。下午2時許，毛澤東、朱德率領總預備隊紅三軍團來到廣昌城外。毛澤東聽說攻城戰鬥打得十分艱苦，就和朱德一道登上距城西4裏的烏石崗，站在這個製高點上觀察戰場形勢。毛澤東俯視了一會兒，又沉思片刻後，叫傳令兵命令各部隊暫停攻擊。接著，毛澤東召集軍以上幹部在烏石崗指揮所開戰地緊急會議，重新研究攻城策略。
毛澤東對大家說，眼前的敵人雖然被我們圍了起來，走投無路。但兵力高度集中，火力猛烈，而且有著堅固的工事，所以很難對付。紅軍如果靠火力跟敵人死打硬拚，不但攻不下來，反而會使自己遭到很大傷亡，這時對於我們來說是劃不來的。為了使下一步的戰鬥能夠順利進行，我們必須立刻變更攻城的策略和方法。於是，緊急會議根據毛澤東的主張，決定用聲勢浩大的總攻勢迫退（而不是全部吃掉）敵人，把敵人殲滅一部，擊潰一部，並放其逃跑一部，從而盡快為紅軍下一步行動打開通路……
過不多久，紅軍部隊向敵人發起了總攻擊。至當晚9時，紅軍衝進城內，殲敵一部，打傷敵師長胡祖玉，餘敵向南豐逃竄而去。
紅軍攻占廣昌後，敵軍第五十六師劉和鼎部約7000人，自安遠以南之中沙倉皇撤回建寧。紅軍臨時總前委決定：以紅四軍第十師北上，配合紅三軍繼續追擊敵人第二十四、第八師和第五師殘部；紅四軍主力在廣昌休整；方麵軍總部率紅三軍團和紅十二軍主力繼續向東，求殲建寧敵五十六師。5月30日下午6時，紅軍出敵意外地撲攻建寧城，並迅速結束外圍戰鬥，把敵人包圍在建寧城中。當日晚8時，臨時總前委在裏心總司令部召開會議，“決定如敵不退出建寧城時，決以三軍團為攻城部隊，向該城進擊”，並具體布置攻城的作戰計劃。次日，紅軍攻占建寧城，總計殲敵3個多團，並繳獲了紅軍所急需的大批藥品。
這樣，紅軍從5月16日開始至31日結束。15天中橫掃700餘裏，從贛江之畔一直打到閩北山區，連打5個勝仗，共殲敵3萬餘人，繳槍2萬餘枝，痛快淋漓地打破了敵人的第二次大“圍剿”。據此，毛澤東寫下了《漁家傲·反第二次大“圍剿”》：
白雲山頭雲欲立，
白雲山下呼聲急，
枯木朽株齊努力。
槍林逼，
飛將軍自重霄入。
七百裏驅十五日，
贛水蒼茫閩山碧，
橫掃千軍如卷席。
有人泣，
為營步步嗟何及！