孙司令采用的是四面围攻的战术，把个额济纳旗围了个水泄不通，城里的马远见到一夜之间城外突然冒出无数穿着各式服装的人，开始还以为是不知从哪里冒出来的土匪，直到看到城外的红军开始安装迫击炮，土匪哪有这些东西，这才感到大势不妙，急冲冲的命令自己的部队迅在城墙上做好迎战的准备，同时命令城里的民团赶快集结。
额济纳旗城位于一处平坦的草原上，四周是高达五米的城墙，修得很是坚固，城里挖掘有几口井，再加上这本是方圆几百里的富庶之地，也就没有弹尽粮绝之忧。
马远决定固守待援。
孙玉清见部队完成包围，为了迷惑敌人，就命令二团从西面起佯攻，牵制敌人，由一团在城的东面担任主攻。
随着一声令下，周子荣指挥二团一连向额济纳旗城动攻击，两门迫击炮对准城墙开始不停的轰击，一时之间，城墙上烟尘飞扬，有几处建筑炸得燃了起来。一个连的红军借着炮火不停地向城墙下运动，城上的敌人看到城下有人逼近，不断向下猛烈开枪，几挺机枪更是把子弹如雨的泼下，几个冲在前头的战士被打倒在地，其余的战士也被压制在城下的草原上的洼地里，进退不得。
周子荣见进攻受阻，下命部队纷纷向敌人开枪，双方展开对射，但敌人在城上居高临下，占尽了地利，周子荣的一连连着起几次冲锋都被敌人打了回来。不过虽然没有取得战果，却是达到了佯攻的目的，使马远为了应对红军的进攻，不得不从东面调集部队进行防守。
李明清的一团为四营建制，另外还建有机炮连，看到对面城墙上的敌人有调查动的迹象，知道红军的佯攻取得了效果，接到孙司令的命令后，李明清命令部队迅向东面的城楼起进攻。于是额济纳旗城的东面陡然响起了猛烈的枪炮声，八门迫击炮把炮弹不断向城墙上，把守在城墙上的敌人炸得飞了起来，有几个甚至飞下了城墙，担任主攻的一团一营全营压上，这些战士都是原独立团的老战士，借着起伏的地形不断跃进，身后的重机枪和轻机枪则对准城墙上敌人的火力点不断喷出火舌，打得那些火力点周围火花直冒，敌人的机枪不时哑火。东门城楼上的两个火力点更是一团机炮连重点关注的对像，四门迫击炮轮流对准那里轰击，不到十分钟，那个望楼就被炸塌，连带两个火力点全被摧毁，一营一连作为主攻部队，其一排一班更是一把锐利的尖刀，冒着四处乱飞的弹雨，笔直地向城门奔去。
冲到离城门不到十米时，一团的炮火开始延伸，趁着这个当口，七八个战士冲到了城门下，一个战士把捆在一起的六个手榴弹塞进城门的一个缝隙里，猛地一拉，然后向后一滚，只听轰的一声，那个厚厚的铁皮城门被炸得不断摇晃，却并没有倒下，这时另一个战士提着几颗手榴弹迅扑上，，把手榴弹往松开的门缝里一塞，再一拉，然后退开，接着又是轰的一声，那扇铁门再也经不住这巨大的爆炸力，下面的门栓被炸开，斜斜地向里面倾下，却并不倒下。冲在前面的一个战士纵身向前飞扑，将身子撞到门上，把门撞开一个口子，这时里面扫出一阵弹雨，这个战士闷哼一声，身上冒出几道血箭，然后软软地倒了下去。
尖刀班长看得两眼滴血，大喊一声：“手榴弹”，身后的战士纷纷掏出手榴弹，一拉引线，就往大门的口子里投去，然后趁着手榴弹爆炸的硝烟，齐力向大门猛撞，这时大门再也无法承受，轰的一声，向里面倒去，几个战士跟着倒了下去，有两个滚得快的，顺势滚到墙角，手中的枪就向里面开火，另几个却被城里的一个工事里的机枪子弹打中，当场牺牲了。
随后冲上来的一连连长看到城门已经打开，把手中的驳壳枪猛地一挥，高声喊道：“同志们，冲啊！”就带着部队向城门洞里冲去。随着红军的不断涌入，敌人的那道工事无法挡住红军的进攻，被两个红军战士冒死逼近，投出的手榴弹炸得一片狼藉，很快就被红军战士踩到脚下。