在山炮和機槍的掩護下，配合左右翼的大部隊，孟全祿營從側背開始進攻，集中火力，輪番交戰。一時炮火爆發，硝煙彌漫，灰塵亂飛，火藥氣窒人呼吸。
中午時分，炮兵在紅軍據守的最前哨莊院的東南角，轟開一個缺口，這一處的機槍頓時啞然無聲。孟全祿即率先登上東北隅的一處莊院屋頂，指揮部隊蜂擁而進，不顧死亡，拉開了紅軍以棗木重疊構成的層層障礙物。在付出重大傷亡之後，將進抵莊院院根。此時，紅軍果然迎麵衝出，以密集的火力射擊，孟全祿即以預先布置的兵力猛力截擊，遂將紅軍擊退。
孟全祿部繼續猛撲，紅軍以無比英勇的鬥誌沉著迎擊，外圍雖已突破，內圈尚難攻入。孟全祿部打進去，即被打出來，再又進去，又被打出來。反複爭奪中，營副馬獻圖、二連連長周尚文、三連連長馬國龍、四連連長王文元，相繼殞命，士兵亦死亡130餘人。但孟全祿邀功心切，不顧死傷，一再通令部隊舍身強攻，終將紅軍據守的最前哨一處莊堡占領。左右翼其他部隊，隨之一擁而進，紅軍犧牲甚重。堡內尚有紅軍100餘人，以無險可守乘隙衝出，即與劉呈德團遭遇，相互混戰，其中少部分紅軍突圍而出。
各路步騎兵及民團步步推進，縮小包圍圈，迫使據守附近各莊堡的紅軍大部隊，逐步集中於倪家營子的本莊院。
孟全祿營進抵倪家營子前哨莊堡時，發現牆壁上到處有紅軍書寫的標語，如“各民族團結起來，一致抗日救國”，“各民族不要互相殘殺，槍口共同對外”，等等。孟全祿不識字，聽別人念念之後，毫無所動，置之不理。
韓起功以孟全祿營突破前哨堡壘，左右翼步騎同時推進，合力夾攻，以致紅軍全線撤退，特電馬步芳告捷，並薦升孟全祿為第三□□旅六□□團團長。原任團長馬全義是馬步芳的妻弟，尾大不掉，素與韓不睦，韓無可奈何。至此，為避免掣肘，乘機以孟全祿接替。
在倪家營子，紅軍曾致函馬元海接洽停戰。據當時《青海日報》公布的原函：“本黨已與中國國民黨三中全會去電謂：西安問題和平解決，全國慶幸，蘇維埃政府改名為中華民國特區政府，紅軍改名為國民革命軍，直接受南京政府和軍事委員會之指揮，爰派代表與貴軍商洽一切，先此函聞。”馬元海無動於衷，認為紅軍晝夜奮戰，傷亡頗大，不久即可全部消滅。又眼熱紅軍攜帶的武器，以裝備自己的部隊，因此指揮所部各旅團加緊進攻。
倪家營子戰鬥結束之後，周圍30華裏以內的牛羊雞隻，均被馬家軍搜羅殆盡，以充各部隊及民團的食用，對麵食與馬料的征收亦不遺餘力。附近一帶農民多年辛勤積蓄的一點元氣，頓時為之中斷。這一蕭條景象，直延至數年之久。