青化砭之战后，胡宗南遭到重创，不得不改变原来的计划，将主力部队集中起来一起前进，妄图凭借稳扎稳打，逼迫西北*战野**军进行决战。
当胡宗南率领主力向北进军的时候，彭德怀则决定部署主力向南挺进，秘密地将我军主力集中于蟠龙镇四周进行包围。根据彭德怀的命令，1纵集结在蟠龙镇西北的核桃坪地区，2纵独4旅集结在蟠龙镇东南的何家峁子，新4旅则集结在蟠龙东北的卧虎镇。
1947年4月29日，1纵抵达了指定的位置，直奔蟠龙镇而去。在电话中，彭德怀多次提醒承担主攻任务的1纵司令员张宗逊："在阴雨天气中，要关注战士的身体状况，解决好避雨、进食、饮水等问题，并在进入攻击准备位置后做好工事。"
值得注意的是，在胡宗南带领下的敌人并没有察觉到我军在蟠龙镇周边集结了大批*队军**。他们专心指挥队伍向着绥德前进，甚至没有想到我军正在为攻占蟠龙镇做准备。在连续七天的时间里，我军不仅部署了大批*队军**，还从被敌人抓去挖工事的当地村民那里获得情报，并派遣侦察员化装成普通百姓混进蟠龙镇进行侦查，详细掌握了蟠龙镇的防御体系。
4月30日，我军各部队按时进入攻击准备位置，完成了对蟠龙镇的四面包围，指战员们秘密地建设防御工事。尽管延安地区持续下雨，但我军指战员们仍然身穿棉衣，被雨水浸湿，浑身泥泞，行动十分不便。这时，上级及时下达口号：“拿下蟠龙镇，换上单衣。”这句话激励了指战员们的士气，使他们更加有力地投入到攻占蟠龙镇的行动中。
5月2日，蟠龙镇迎来了我军的首次攻击。这时候胡宗南的主力已经向绥德进发了七天，即便得知蟠龙镇已被攻破，要返回也需要七天的时间。黄昏时分，我军各攻击部队已全部进入攻击出发地线，次日拂晓即发起了攻击。1纵358旅和2纵独4旅、新4旅迅速攻占了田子院寨子、蟠龙镇西北敌人阵地和集玉峁的敌人警戒阵地。1纵独1旅则先是歼灭了老庄、新庄两个高地上的敌人，接着乘胜攻击小庙梁和磨盘山。敌人被打得糊涂了。
敌人167旅的旅长李昆岗心中有些糊涂，不知道我军从哪里冒出来的。刚刚还看到战地通报，说：“董钊、刘戡进占了绥德，*军共**主力被迫向黄河逃窜了。”怎么这么快，就到自己跟前了呢？*军共**难道会飞吗？他也来不及细想，只好快速动用全部火力，乱打瞎打一气，为自己壮了壮胆子。至于后果，再说吧。
连胡宗南也被弄糊涂了。此时，胡宗南在西安，接到了从绥德和蟠龙两边发来的电报，内容让他难以抉择。一个说，董钊和刘戡已经占领了绥德，歼灭了数千*军共**，并将*军共**主力赶过黄河；另一个则说，李昆岗在蟠龙被*军共**主力打得叫爹又喊娘，请求火速增派援兵。胡宗南不知道该相信哪个，一时间无法决定该怎么办。
就在5月3日上午，当时胡宗南感到不知所措的时候，蟠龙镇周围山上的碉堡群已经被清除了，但是蟠龙镇外围的暗火力点还未能被压制，如鹿砦、铁丝网和尖桩等障碍物，这些都还没有被清除。尤其是敌人在集玉峁主阵地上倚仗着密集的炮火和险要的地形，一直在进行负隅顽抗，这使得我军的部队多次冲锋未果，伤亡较为严重。
下午，张宗逊根据战场情况命令部队暂停了密集冲击，改为对壕作业逼近敌人的外壕，以压制敌人的暗火力点，破坏铁丝网和外壕。5月4日，1纵358旅全面展开对壕作业。在开始冲锋后，6连战士郝万龙和其他战士一起向敌人纵深发起冲击，但遭到了敌人火力的拦截。郝万龙发现右侧峭壁上伸出了两挺机枪，是敌人的一个暗堡。他当即拔出*刀刺**，冲过去连续刺倒两名敌人，同时高声喊道：“缴枪不杀。”敌人见势不妙，只得停止射击。
但是，不一会儿，敌人又开始用机枪扫射起来了。原来，一个敌人军官在暗堡里指挥，逼迫其他人继续作战。郝万龙非常愤怒，他正要扔*榴弹手**时，那个敌人军官被跟上来的另一名战士击倒了。这一下，碉堡里的所有敌人都愿意投降了。郝万龙趁势要进入碉堡，但是碉堡在陡峭的悬崖上太高，他只得让上面的敌人把他吊上去。
敌人惶恐不安，他们纷纷争着将郝万龙往上吊，就连外围的敌人也赶来扶他。郝万龙独自一人冲上硐堡，将枪口指向另一个敌人军官，然后高声质问：“你是什么官衔？为什么不缴枪？”敌人军官手忙脚乱地举起双手，颤抖地回答道：“不是什么官，我是副连长。我一直想缴枪，那个不肯缴枪的是我们连长。”敌人军官话还没说完，就立正敬礼，鞠躬表示服从，并将枪交到郝万龙手中。
与此同时，独1旅的2团和714团也向蟠龙镇正面的阵地磨盘山发起了进攻。在迫近作业之后，714团3营8连发起了主攻。该连连长张金榜是一位精明能干的军官，在陕北葫芦河的大练兵中就已名扬四海，既是生产模范，又是刺杀、射击和投弹的能手。这次主攻任务由旅长王尚荣亲自点将，而张金榜则成为了8连的指挥官。
王尚荣询问张金榜：“你有能力完成这个任务吗？如果没有，我可以换人。”王尚荣知道张金榜不喜欢听这种话，因此才故意这么说。张金榜也明白旅长王尚荣最不喜欢听到一些空口号，所以他也没有多说什么，只是在心中下定决心，要以实际行动来证明。
在天亮之前，张金榜带着全连副班长以上的骨干成员前往前沿阵地，进行了最后一次详细的地形考察。当他们到达阵地时，天色还没有完全亮，班、排长们就聚集在一起商讨作战策略。8连的任务是尽可能快地攻占磨盘山，以确保大部队能够按计划夺取蟠龙镇。
张金榜强调道：“磨盘山是蟠龙南边最重要的土寨，如果我们不能占领它，就算大部队进入蟠龙镇，也无法展开行动。那样以后，我们在敌人眼皮底下成为靶子，付出的牺牲将是巨大的。”班、排长们都表示要坚决完成任务，即使8连付出所有代价也在所不惜。张金榜不满意这种说法，他大声呵斥道：“8连的损失就是全军的损失。如果我们一个人也不剩，那还算完成任务吗？”张金榜的态度和王尚荣一样，不听空话，只看实际行动。
张金榜连长随即公布了突击队名单，3排成为突击队，1排竖起梯子，2排则是预备队。张金榜看着3排长王正林的脸，大声强调：“我们要与友邻配合，看看谁能指挥得好、动作快，才能获得第一名。”张金榜的意思很明显，8连要第一个登上磨盘山的主峰。2排4班班长杨义泉请求参加突击队，他代表全班战士发言，特别强调：“我们班有经验。”
杨义泉提到“5班经验”的时候，是在说配合打卓资山时，他们5班不仅抓获了17名俘虏和18条枪，而且是配合其他班作战的结果。他强调了这一点，暗示如果没有配合其他班的话，战果不会仅仅只有这么点。3排的几名班长听到后不高兴了，王正林更是站了起来，直接说道：“5班长，我们虽然愿意学习你们的‘5班经验’，但是我们排也不差啊，连长选我们作为突击队，我们有信心肩负起重担。你等着瞧吧。”
开始总攻了，两边的火力都很激烈。张金榜看准时机，挥手示意3排长王正林率领突击队冲出阵地。他们弯腰低头，穿越弹雨，向磨盘山主峰突袭而去。但是，敌方火力太过凶猛。王正林他们刚冲出去，就有两个队员中弹倒地。这时，架梯组也上场了。他们几个人一组，拖着梯子前进，目标更大，很快也有几名战士相继负伤，倒在血泊中无法动弹。
张金榜望着局势的危急，满头大汗。如果这样继续下去，按照班、排长们的预测，他们可能都会牺牲殆尽，这样的代价是不能承受的。他转向指导员，说道：“我们不能再这样打了，必须立即改变计划。”他想了一下后，冲着3排副排长李广义喊：“你看到了吗？刚才敌人火力点暴露，敌人右侧防守疏忽。你带一个班偷袭敌人，要快速隐蔽，抓住他们的弱点。”李广义一听就懂了，挥手让9班跟着他一起行动。
“1排长。”张金榜看到李广义带着9班开始进行侧翼行动，他立即吩咐1排长袁士民：“重新组织火力掩护，调集机枪手高洪国和吴贵合，前伸火力，压制敌人阵地，要无视个人安危，*锁封**敌人枪眼，*榴弹手**要集中使用，瞄准敌人火力点打，攻打敌人的防线，要毫不留情。”
高洪国是葫芦河大练兵时练就的好机枪手，他体型巨大，却灵敏敏捷。听到连长和排长的命令，他和副手吴贵合一起拖着机枪向前推进，一直跑到距离敌寨仅200米的地方，就地卧下，迅速挖出一个射击工事，并迅速抱起机枪，用带着泥沙的手扣动扳机。
在这个紧要关头，袁士民集中了全排的*榴弹手**，组织了几名“贺龙投弹手”，拉开导火索，向寨子上投掷，一颗接着一颗，连续甩出了30多颗*榴弹手**，每一颗都砸在敌人的工事里，让敌人“哇哇”直叫。这个“贺龙投弹手”是358旅在葫芦河大生产和大练兵中的经验，指的是能够投掷*榴弹手**到50米以上。此外，能够用3发*弹子**打出29环的射手则被称为“*德朱**射击手”。
战争的胜利往往在于一瞬间。高洪国的机枪扫射压制住了敌人的火力，而“贺龙投弹手”投掷的*榴弹手**冒出的烟雾也起到了重要的掩护作用。1排战士张富要和张友和利用机会一跃而起，三步并作两步冲到寨墙根，协力一送，顺利地将云梯架上了墙头。5班长杨义泉眼疾手快，脚底生风，拿起早已压满*弹子**的步枪，大喊一声：“同志们，跟我上啊。”
战士们立刻冲到云梯旁边，像离弦的箭一样迅速攀登云梯。但这时又出现了一个问题：由于寨墙太高，梯子太短，上到顶端的战士们因为距离太远，无法跨越城墙。在*榴弹手**炸出的烟雾开始消散时，五班就这样暴露在寨墙根部。杨义泉急得从云梯上跳下来大声喊道：“大家原地卧倒。”
当声音还在回荡时，敌人的机枪声便响了起来。战士们迅速地滚到地上，并紧紧靠着墙根。不论敌人如何猛烈地攻击，他们都无法打中这个死角。一名敌人军官气得伸出头来，试图找出这个位置，结果却被一颗*弹子**击中了头部。他的眼睛看到了站在寨墙根的我军战士，但他再也不能命令射击了。
在杨义泉已经束手无策的时候，他忽然发现不远处有一棵小松树，不由得灵机一动，大喊道：“快把梯子搬过来。”等大家将梯子搬过来时，他不顾一切地将梯子移动，使其顶端对准小松树。接着，他迅速爬上梯子，伸手抓住小松树，然后使劲一跃，成功地登上了寨墙。小松树一点都没有晃动。杨义泉登上寨墙后，迅速投掷了3颗*榴弹手**，敌人的机枪手立即被炸得血肉横飞。在寨墙下面，1排战士也用同样的方法爬上了寨墙。
杨义泉登上寨墙后，敌人立刻被吓呆了。他们全部注意力都集中在杨义泉这一侧，完全没有注意到右侧的李广义率领的9班战士正在绕路向他们靠近。9班很容易就清理了敌人的鹿砦和铁丝网，冲上了寨子。8连主力也差不多在同一时间向敌人的土寨发起了猛攻。张金榜指挥战士们越打越勇，很快就控制住了磨盘山。
当独1旅控制住了磨盘山时，358旅也已经攻占了蟠龙镇中心。就在此时，李昆岗正在旅部使用电话求援。突然，战士们破门而入，高喊"缴枪不杀！"李昆岗顿时手忙脚乱地举起手来投降了。
战斗结束了，我军全歼了蟠龙镇守军整编第167旅，共歼敌6700余人。在蟠龙镇内，存放着大量的物资，战士们在屋内发现了14万多套单兵衣，并欣喜地换上了崭新的军装。此外，他们还缴获了15门山炮、1万多袋面粉，并顺利转移到了清涧城周边地区。