率领三师以以一半的兵力节节抵抗，逐渐将敌诱入一师预设的包围圈之内。

    当日晚上八点，早就严阵以待的一师官兵突然向敌发起进攻，从正北和西北方向，进攻直罗镇北山，阻断敌军退路。

    三师则顺势发起反攻，从西南、正南和东南三个方向，进攻直罗镇南山及东南地区，阻敌东逃之路。

    激战两小时后，敌第109师大部被歼，其残部数百人退入直罗镇东南土寨负隅顽抗，妄想固守待援。

    此时，敌东西两路援军已快速逼近直罗镇，为保证部队顺利歼敌，张城决定由三师的七团继续围困敌119师残部，师部主力则以劣势兵力阻击西援之敌第117师。

    李云龙的一师则向西迎击东援之敌第106、111师，敌两师遭一师的强力阻击后，因被少纵的威名所震慑，害怕被歼，于次日凌晨纷纷沿葫芦河西撤。

    一师乘胜追击，在张家湾地区再歼敌第106师1个团，被七团包围在直罗镇东南土寨的敌第109师残部待援无望，于次日凌晨时决死突围，却迅速被七团全歼，敌第109师师长牛元峰被击毙。

    至此，直罗镇战役胜利结束。

    此役我军又歼敌1个师又1个团，击毙3千余人，俘敌5千余人，缴获辎重无数，并粉碎了常凯申对陕甘苏区根据地的“围剿”。

    直罗镇战役的胜利，给工农红军创建陕北根据地举行了一个奠基礼，也顺势让中央红军在陕北立住了脚跟，形势一片大好。