徐总指挥回到原来的位置，眼光凝注地望着前面，会场又宁静下来。他用清晰、明确的声调说：“刚才是七十三师师指挥所打来的电话，说敌人还是采取人海战术，集中攻击我小坎子阵地，我军伤亡不小。小坎子是通向空山坝的咽喉，万一丢失，就会影响全线反攻。因此，我命令他们不惜任何代价，坚持到反攻开始。”
徐总指挥冷静地考虑了到会每一个同志的意见后，立即作了决定：集中七十三师和十一师全部，分别担任左右两翼的主攻任务；十师的一个团在中间，十二师一个团为预备队，十师一部继续阻击竹峪关的敌人，十二师的一部钳制德汉城方向的杨森部队。
原定后天开始行动，现在决定提早到明天拂晓。
会议决定：由倪志亮、李先念率十一师由空山坝以北向敌左侧迂回，切断敌人退路。旷继勋、甘元景率十二师主力由空山坝以东及长坪地区进攻敌人右侧。由王树声、张广才率七十三师坚守大骡马、小骡马及小坎子等阵地，伺机转为正面进攻。
三军未动，粮草先行。几万部队集中行动，吃饭成为首要问题。田颂尧为了供给前线部队弹药粮食，组织了一支数万人的挑夫队伍，在深山老林里挑运粮食。红军数万人行动，一样也要粮食支撑。陈昌浩命令总经理部（总后勤部）部长郑义斋一定要在十天时间内将十万斤粮食运到空山坝以东三十五里外的地方。徐向前拍着郑义斋的肩膀：“老郑啊，这个任务一定要按时完成，我不能让战士们空着肚子去打仗。”
红军总经理部的粮食屯放点在三百五十里外的瓦室铺和石门镇两地。从这两个地方到空山坝，一路上全是深山老林，基本上没有路。在如此短的时间如此远的距离如此恶劣的交通条件下，要将如此多的粮食运送到空山坝，困难极大。红军刚刚入川不久，仅有的一万多部队全部要参加反击战，这么多粮食谁来运呢？这里人烟稀少，基本上找不到民工。郑义斋将粮食运输任务交给了刚刚成立不久的少共国际团。少共国际团是红军进入通江后才成立的，全部由十几岁的孩子组成。这支成立不到几个月的部队现已发展到一千七百余人，由于是新部队，又都是孩子，总部领导没有让他们上前线，现在还处于训练阶段。现在前线部队急需粮食，只有由他们来完成这个任务了。
郑义斋急令少共团团长邱元胜和政委吴瑞林前来，将这个任务交给他们。刚刚组建的少共团全是十几岁的青少年，这些人都是贫穷的农家子弟，从小就参加体力劳动，听说要给前线部队送粮食，一个个兴奋得嗷嗷叫。他们每人背负四十到五十斤粮食，在没有路的深山老林里上下攀爬，每天坚持行走七十多里，硬是在五天内将十万斤粮食送到指定地点，保证了空山坝反击战顺利进行。
程世才回忆：
受领任务后，上午十点钟，我带领各营干部和一、二营担任主攻连的有关同志，来到了余家湾山头阵地侦察敌情。余家湾，背靠巴山，周围山峦重叠，树林密布，荆棘丛生，东面有一条小河流过，地形非常复杂。林间山洞中常有豺狼豹子出没和长蛇大蟒盘踞，是一片没有人迹的荒野。我们在山林里爬了几个小时，来到了离敌前沿一二百米的岩石前，仔细地观察了敌人的工事构筑、火力配备、兵力部署和预备队的位置等情况。由这里往南，经过二十多里的山林地带，有一个小山岗叫柳林坝。那里有敌人两个营防守，附近还有一个营，为敌人团的预备队。柳林坝不远是梓潼庙，敌人的旅部驻扎在那里。从望远镜中还可以看见东山上密集的碉堡和弯曲回转的交通壕。
从侦察的情况来看，只有从山林间开辟一条通道，在敌防守薄弱的翼侧进行攻击，然后从中间将敌人拦腰斩为两段，才能更好地配合主力展开大反攻。
……
午后，天气骤变，天空乌云翻滚，霎时，电光闪闪，雷声隆隆，倾盆大雨从天而降。立时，条条山沟洪水倾泻，这给我们的行动造成极大的困难……天色渐渐地暗了下来，雨还在不停地下着，同志们一直没有休息，在伸手不见五指的黑夜里争分夺秒地开辟通路，新开的路不断地向前伸展着，距敌前沿越来越近……对面敌人说话的声音都可以听得见……
凌晨四点，总攻开始了……两个营的敌人在我军突如其来的猛烈打击下，死的死、伤的伤，剩下的敌人全部缴械投降，当了红军的俘虏。
5月20日晚，各部队开始行动。红十一师担任从空山坝以北向敌左侧迂回、断敌退路的任务，徐向前亲自带着这支部队向敌后穿插。为全师开路的先锋部队是程世才的红三十三团。这天天气极为恶劣，多日的绵绵细雨转为大雨，红军指战员们冒着瓢泼大雨，披荆斩棘，在人迹罕至的深山老林中前进。这样的恶劣气候条件下迂回包抄，完全出乎敌人意料。
5月21日上午，左右翼部队完成迂回任务，陆续到达指定阵地，敌左纵队的十三个团全部被包围在柳林坝、余家湾地区。机不可失，时不再来。下午四时，总部发出总攻击令。红军勇猛地向川军扑去。在震天的喊杀声中，敌总指挥孙震发现四面八方都有红军，才慌了手脚，赶忙下令突围逃命。这里的地形本来不适于大部队运动，翻过一岭又是一岭，走出一谷又是一谷，山谷间沟壑纵横、河流曲折，山间隘路一旦被截断，敌人就是插翅也难逃。红军已将各垭口、谷口卡死，以大部兵力向敌群猛烈穿插，分割围歼。
5月22日凌晨，穿插到敌后的程世才三十三团突然在敌背后发起攻击。在人迹罕至的深山老林里行军打仗几个月，敌人又困又累，做梦也没有想到突然有大队红军杀出。在红军战士勇猛的冲杀下，敌军顿时乱成一团，有的还在睡梦中就一命呜呼。在三十三团突然打击下，当面的敌人四处溃散，到了下午五六点钟的时候，残敌溃逃至北山河边。暴雨后的山洪，从四面八方汇到河里，在奔腾咆哮的河水前，敌人前进不得，后退不能，一个个急得如同丧家之犬，有的扔掉武器，有的丢弃辎重，一个个争相逃命。三十三团追击部队居高临下，猛烈的火力打得敌人丧魂落魄，无路可走之时，一些士兵竟然往滚滚翻腾的河水里跳，结果大部分被急流冲走淹死。战斗结束后，沿岸到处都是淹毙的敌尸。激战三昼夜，红军全歼敌七个团，溃敌六个团，敌左纵队十三个团被彻底摧垮，前后部队纷纷溃乱，各人自顾逃生，军械、辎重尽数委弃。
敌左翼刘汉雄部听说前面部队崩溃，红军打过来了，立即慌了手脚。这些四川军阀，有枪就是草头王，很多营长、团长甚至师长原来都是占山为王、打家劫舍的土匪，一收编，摇身一变就成为国民革命军的师长、团长。如果部队打垮了，自己的地位、前途什么也没有了，所以，四川军阀里流传着这么一句话：不带兵的副军长还顶不住一个带兵的连长，保住自己的实力比什么都重要。刘汉雄也不等总指挥部的命令，立即下令分道突围。命令一下，上万人的部队夺路而逃，顿时溃不成军。天雨路滑，山区本来就没路，一些临时的小路多被雨水冲毁，有的地方根本就没路，平日里走路都歪歪摇摇，现在不要命地狂奔，结果到处都是摔倒的人。急于逃命的川军士兵，不顾前面有人摔倒，便径直踩踏过去，很多人没死在战场上，结果死在自己人的脚下，敌第四师副团长曾慎修逃跑途中摔倒，竟被成群的溃兵活活踩死。
当夜大雨倾盆，山洪暴涨，山洪冲下，很多官兵被洪水卷走，现场一片混乱。仅有的道路也为之阻塞。李鋆陶当时曾悬赏五千元，令所部占领高集子作收容阵地，但官兵已不听命，只顾夺路奔逃。余大经团在突围时，整团被红军包围缴械，余本人仅以身免，除红军在余家湾以西的两路口配置兵力不足，被孙震率一部夺路而逃外，敌左翼部队所有武器、辎重及全部九个团的兵力，损失殆尽。
见左纵队溃败，敌中纵队和右纵队立即转头逃跑，敌人的战线全面崩溃。田颂尧的进攻部队完全丧失了战斗能力，不要命地向后狂奔。红军部队分路沿南江、通江、巴中方向猛打穷追，扩张战果。
程世才率领红三十三团一路猛冲猛打，一直打到木门以南十多里的青龙寨，插到了敌军的后方，总部命令三十三团在这里阻击溃逃的敌人。
下午两点钟，只见一片黄煞煞的敌人，顺着恩阳河、镇子坝，由南向北涌进了山沟。前面是一个营，走在中间的是几架四人抬的滑竿，一晃一晃地往前走，上面坐的有男有女，还有一只小狗。一溜一行的士兵，背着笨重的行囊，扛着步枪、机枪，弯腰垂头缓慢地前进，有的士兵把步枪当扁担，挑着行李。军官们骑在马上，一摇一晃地甩着鞭子，大声吆喝着……
……敌人的后卫部队全部进了山沟。这时，一营的重机枪“哒哒哒哒”地响了。接着，轻机枪、步枪齐向敌群发射……苦战两个小时，敌前卫团被歼，紧接着又追歼敌后梯队约一个团，旅长覃世科被活捉了。
不光是正规的战斗部队，就连主要负责后勤运输的妇女团也抓到了一大批俘虏。红四方面军老战士，原红四方面军妇女独立营营长陶万荣回忆：
一天晚上，我们运粮经过通江附近的鹰龙山，我们正在山上休息，突然，发现一股敌人向山上爬来。我立即命令各连迅速抢占有利地形，隐蔽待命……
这股敌人是被我红军反三路围攻击溃了的田颂尧左纵队一个团的残敌，逃窜到这里。那些川军大多是“双枪兵”……这帮家伙逃了大半夜，又累又困，再加上鸦片烟瘾一发，一个个哈欠连天，踉踉跄跄爬到山腰的一块草坪上。一个当官的喊了一声“原地休息”，敌兵劈里啪啦把枪支扔在一边，立刻就抄起大烟枪，倒在地上过起了烟瘾……我们决定打他们个冷不防……我命令二连从东侧，三连从西侧，四连抄后路，我带着一连从正面悄悄向敌人接近。不多时，一排长陈秀芝和班长何文秀摸到敌人哨兵跟前去了，只见他们一纵身，从后面把敌哨兵绊倒，很麻利地堵住了敌人的嘴……我鸣枪为令，全营指战员一跃而起，枪刀对准敌人，厉声高喊：“缴枪不杀！”“红军优待俘虏！”那些烟鬼们顿时吓得翻身跪倒在地……就这样，我们妇女独立营没损一兵一卒，首战告捷，缴获钢枪几百条。
几天之间，红军摧枯拉朽，5月26日收复南江，5月29日收复通江。巴河西岸之敌一直狂奔到广元城内，红七十三师也一直尾追到广元城外，红十师顺势占领万源城。田颂尧的“三路围攻”被红军彻底粉碎。
空山坝大捷，敌军损失十三个团，红军毙、伤、俘敌旅参谋长李汉城以下官兵五千余人，缴枪三千余支、机枪五十余挺、迫击炮二十余门。
经过这场打击，田颂尧本人对红军开始有了比较清醒的认识：
红军的力量向为川军所忽视，红军的组织、宣传、纪律、训练均特别严密而尖锐，有足为“官军”取法处。红军除在前线作战外，余都从事攀登崖岸，超越沟渠，实弹射击，夜间演习，战备行军，急行军操作，故战斗力甚坚强。其来莫测所自，其去莫辨所往。至地方组织，也井井有条……
同时，他对自己与红军作战时，各路军阀不光不援手反而作壁上观也极为愤怒，他曾公开地向外宣称：“共匪如果再追来，我连保宁都放弃，让大家都过不成清静日子！”
田颂尧毕竟担任蒋介石国民政府授予的“川陕边剿匪督办”一职，如此败绩，总得有所交代。6月15日，他发出通电，报告战败经过及红军重新收复通、南、巴的原因：
尧前奉中央命令，督剿川陕边区赤匪。材轻任重，自知难胜。只以该徐匪等为党国根本大患，尧承命中央，不敢不前，欲以奋斗精神，使各袍泽闻风兴起，故倾全军之力，与该匪周旋。查该匪盘踞通南巴三县，扩充匪队，裹胁日众，有险可凭，屡次难克。尧淬历所部，勉以忠贞，幸仗中央德威，士卒用命，以次收复通南巴三县，困匪于苦草坝一隅。我左翼正猛进锐袭柳林溪一带，击匪之背，以期一鼓歼灭。不意此时，川中发生刘邓战事，尧之戍区，大受影响。该匪利此纷扰，全力反攻，遂使垂成之功，亏于一篑。我左翼失利，匪遂披猖，从前复地，相继再陷。尧部苦战半载，官兵伤亡，已愈万数，其余战士，风餐露宿，手足胼胝。今者匪焰益炽，我力渐衰，而内战方殷，莫肯应援，饷拙弹缺，难事补充。匪得因利乘便，已由长池木门，进犯川省腹地，鄂赣之祸，殆将重演于天府。尧奉职无状，固深内疚。惟匪为全国公敌，而专力猛攻者，仅尧之一军，剿匪军费浩繁，而负担者，仅尧部戍区之民。今兹之失，固在意中，从前之胜，转为意外。岂特尧一人之罪，川中各军与有责焉。现匪扩充红军，数达三万以上，实现川陕省苏维埃政府，恐非尧部所能遏制。除电呈蒋委员长，请予解除川陕边区剿匪职务，另简贤能接替，以期督率川陕各军认真兜剿外，尧仍率所部任一方进剿之责。即使余一兵一弹，仍愿为剿匪牺牲。望我枢府诸公，迅筹具体方略，各方明达，一致催促协剿，用赴事机而弭匪患。追切陈词，尚祈赐察为幸。
话虽然说得半文半白，但意思很清楚，这次失败不能怪我田某人，“川中各军与有责焉”，而且“饷拙弹缺，难事补充”。没钱没弹药，这仗让我怎么打？
至6月中旬，反“三路围攻”战役胜利结束，历时四个月的战斗，红军先后共毙伤敌一万四千余人，俘敌旅参谋长李汉城以下官兵万余人，把田颂尧多年积蓄起来的兵力打掉近二分之一。通过反“三路围攻”战役，红军收复了通、南、巴及木门、三江坝一带地区，新占领旺苍全境，兵锋直逼广元城下。新建的川陕根据地范围北起陕西之镇巴、西乡，南至四川仪陇、江口，东达万源，西抵广元和苍溪城附近，以通南巴为中心的革命根据地扩展到三万平方公里，人口逾两百万，进入一个巩固和发展的新阶段。在建设地方政权的同时，红四方面军大力发展地方武装，红江、赤江、巴中、恩阳、南江、赤北、江口、长赤、旺苍、苍溪等县分别建立了数百人到千人不等的独立营、独立团。各地还有大量的游击队、战斗队、模范连等。
新中国成立后，陈昌浩谈到这次战斗时说：
这里（川陕根据地）没有鄂豫皖边区那样围城打援的机会，又受到高山峻岭的限制，不容易在敌人进攻时大量消灭敌人，又不应同敌人争夺城池来消耗自己。在当时的情况下，才具体摸索出了用阵地战节节阻击，诱敌深入，紧缩阵地这一行之有效的大量歼敌的打法。当敌军开始进攻时，我们在广大战线上以小部兵力节节抵抗，节节消耗敌人，大部兵力在阵地后面尽量休整待机，一直把敌人诱入三四百里，虽然我们放弃了很多良好的阵地和富裕地区，甚至被迫放弃了通、南、巴三座县城，我们也不同它作战役上的决战，一直到最后，把敌人的主力拖到大巴山山顶以下不远的荒山老岭中，甚至让我们相当大的后勤机关冒着与敌人只有一山之隔的危险。敌人已经“肥的拖瘦，瘦的拖死”，疲困不堪，我们就用已经准备好的最大限度集中的主力部队在空山坝实现战略反攻，结果田颂尧几十个团全部被击溃，相当大一部分被歼灭，原有的城池、地区都被恢复而且扩大了很大的地区，一直到达嘉陵江边。红军也由入川时的四个师一个团约一万五千人扩大到四个军十四个师三十二个团，总数达到八万人。