八月十八日，北伐军开始总攻击。面对北伐军高涨的士气和雄厚的军力，吴佩孚部四万余人马退到汨罗河北岸等待后援部队汇合反击。中路第四军、第七军、第八军之一部成三路齐头并进，第四军进攻平江，计划由崇阳通城一线挺进武昌，第七军在浯口段强渡汨罗河击溃守敌，随后经蒲圻、咸宁和贺胜桥攻向武昌，第八军一部攻击营田以东之敌，随后取道岳州进击武昌。
此时，吴佩孚和奉系张作霖夹击冯玉祥的战斗尚未结束，主力部队仍在河北一带未能返回。与北伐军正面相对的直系陈嘉谟师、李济臣师和原湖南叶开鑫师等部队，沿汨罗河北岸布开防线，构筑碉堡布下地雷和铁丝网严阵以待。
十九日临晨，中路北伐军同时发起猛攻，夏威指挥的第七军第三路军如出笼猛虎奋勇争先，在无渡船的情况下利用秋季水浅的有利时机，充分显示出新桂军的优势涉水强渡，半日时间即攻破敌军孙建业旅的防线占领浯口城，由钟祖培、胡综铎率领的第一路军以伤亡三百余人的代价渡过滑石滩占领万余守军把守的张家碑一线，随即乘胜追击肃清逃敌，歼灭大量敌人。第四军以迅雷不及掩耳之势扫清了盘据平江、通城之敌，迫使敌主将陆云在通城北门楼司令部自杀，其余残部迅速溃败逃串。
第四军在攻打平江时初遇电网，许多官兵不知电网的厉害满身水渍竟然用手去强行拔开，没想到沾上之后即被电流击毙而后续者又上去拉扯解救，有如一串串蚂蚱紧缚绳索，好在火炮击断电缆方才得以跃过此障碍从而击溃守敌，但一百余名士兵被电死令各指挥官懊悔不已。由于通讯不畅无法联系，八月二十三日第四军竟然一路猛攻偏离进攻路线打到大沙坪与第七军汇合，李宗仁将错就错干脆命令两军交叉前进。
第四军挟连胜之勇又与敌血战两日，一举攻到汀泗桥头。
汀泗桥为汉长铁路上著名的两座大铁桥之一，南岸沼泽遍布水深流急，直系守将陈嘉谟陈列重兵于桥头两侧和前后高地顽强抵抗，第四军奋不顾身强攻不止，于二十六日逼近南岸，只见急流奔腾，面对天堑只能望而兴叹。不久第四军团长黄琪翔观察归来，自告奋勇实施偷袭，决心趁敌军疲惫不堪之时率所部夜渡而击，其余各部紧密配合到时冲过铁桥一举击破敌人防线。
入夜，找到数十条民船的黄琪翔于黎明前的一刻渡过天堑，连日鏖战的敌人浑然不觉，黄琪翔随即率部骤然发起攻击，桥南的叶挺独立团表现出惊人的英勇气概，面对强敌勇往直前，一时间铁桥南北喊声震天，突遭打击的敌人胆战心惊四处溃散，督战的敌军大刀队虽然接连砍下临阵退缩的团、营长等九颗血淋淋的人头，还是无法把阵地稳定下来，叶挺独立团于二十八日上午经过血战一举攻陷汀泗桥率先占领敌军战地，荣获“铁军”的光荣称号！
汀泗桥沦陷使敌人有如惊弓之鸟望风而逃，第七军按计划分进合击跃过山区攻下蒲圻占领咸宁与第四军连成一线，截断了大批敌军的退路，三万敌人见前有追兵后有堵截，绝望之下弃械投降，反而便宜了姗姗而来的唐生智第八军，使得第八军从此实力大增，为唐生智以后的汉宁相争提供了强有力的资本。
心急如焚的吴佩孚领着大部主力迅速南下，于二十八日到达贺胜桥，与退守此地的直系残部汇合摆开战场，南面北伐军第七军主力也于当日尽数赶来与前部汇合。至此，以第七军和第四军为主力的决定此次北伐成败的贺胜桥血战的序幕即将拉开。
吴佩孚带领十余万大军沿江布置，以纵深配备构筑链环工事，将大部主力集中在贺胜桥一带。素以雄才大略能攻善守著称的儒帅吴佩孚，迅速调度堪称华夏最精锐部队的下属军旅，他坚信自己的部署万无一失！在视察防线的时候他自信地对众多部下侃侃而谈：“昔以汀泗桥一战而定鄂，今以贺胜桥一战而定天下！”
当这位吴大帅在贺胜桥紧急布防时，蒋介石总司令和参谋长白崇禧来到咸宁，与北伐中央军第四、七、八军前方高级指挥官共商进攻贺胜桥的作战计划。会上，意气风发的李宗仁谢绝了唐生智调兵支援担当一部的要求，含笑说第八军尽可原地休息静候佳音，李宗仁志得意满的一句话使唐生智心中暗喜，新桂军因而又平添近八千勇士的损失。会议最后决定：攻打贺胜桥的战役由李宗仁任总指挥，指挥四、七两军为攻桥的主力军，唐生智的第八军为总预备队，并调第八军的何键、夏斗寅部自嘉鱼渡江出发，绕道进攻汉口、汉阳，以逼迫吴佩孚军之背面。
李宗仁于八月二十九日命令第四军仍旧沿着铁路一线前进，进逼贺胜桥正面方向，第七军由咸宁东北方向出发，攻击贺胜桥以东区域。夏威和钟祖培两路分别担任左右两翼，与第四军并肩前进。当日，第七军一部在王本玄一带与敌军警戒部队遭遇，通过猛烈的打击将敌人残部赶向贺胜桥方向。此时，吴佩孚的大军也已在贺胜桥严阵以待，双方主力云集两面，不惜倾尽全力作决定胜负的孤注一掷。
三十日拂晓恶仗打响了！李宗仁率领陈可钰、张发奎、陈铭枢、夏威、俞作柏、钟祖培和胡宗铎亲临前线督战，国民革命军前锋官兵个个奋勇争先，如下山猛虎向敌人同时进袭。敌方恃险顽抗，重机枪、大小山野炮同时发威，战场上瞬间变成了一片火海。激战之时，遍地的灌木草丛遮挡了视线，对防守一方十分不利，双方的进攻队形都无法确认，新桂军和第四军平时训练水平相差不远，遇此突发情况各级军官一致下令有进无退勇往直前！敌军则顾此失彼盲目射击，下令全军开火不惜一切代价阻击北伐军，顿时枪炮之声震耳欲聋，枪林弹雨火光冲天，方圆几十里硝烟弥漫遮天闭日。
第四军黄琪翔团刚刚占领一个高地，数百发炮弹便呼啸而来，损失惨重无法立足，只能撤出战场，敌军抓住这一有利时机猛攻第四军和第七军的结合部，双方士兵打光子弹立即开始残酷的肉搏，眼看敌军不断增援，北伐军结合部阵地随时有被击破的危险，李宗仁连忙命令第七军后备力量的一个团驰援，好不容易稳住左翼阵地，经验丰富的敌军又发起对靠右方向的迂回延伸包抄，李宗仁急令两个后备团奋勇冲锋，团长黎行恕指挥有方，身先士卒带领所部将敌军拦腰截断，随后立即指挥所部猛击敌军侧后，正面之北伐军见此机会高声呐喊冲向敌人，敌人经此重击全线崩溃，夏威立刻命令全军追击无需顾及，两个小时后占领鄂城将守军及溃败残部全体缴械。
正面战场炮弹横飞血肉模糊，杀红眼的第四第七军将士面对暴风骤雨般子弹完全忘记了生死与痛楚，最后竟发疯般的迎着发出火舌的目标冲锋，敌人目瞪口呆心胆俱裂，见如此猛烈的火力封仍锁挡不住北伐军将士的迅猛进攻，一、二道防线相继被突破，而四、七军劲旅舍生忘死以锐不可当有去无回之势全力向贺胜桥敌军正面冲锋前进，敌阵立即动摇崩溃，败兵潮水般向贺胜桥亡命逃串。
眼见大厦将倾，万分危急之际吴佩孚亲上贺胜桥头督战，用机关枪、大刀队排列桥上，畏死退却的官兵一律立被射杀，吴佩孚手刃退却的旅、团长十数人，将砍下的脑袋悬挂在电线柱上以示有进无退。在吴佩孚亲自督阵下，敌军抵抗的势头有所提升，轻重机枪重新响起，无奈视死如归的北伐军将士士气正旺，喊杀声响彻云霄，李宗仁等高级指挥官也深入火海现场指挥，强弩之末的敌人终于不支彻底失去勇气不顾大刀队阻杀慌不择路四处逃散，无数士兵恐惧之下跳入河中，一时河中尸体叠砌塞流欲断，数万名直系官兵因后退无路，在求生本能的驱使之下被迫向督战的大刀队作反冲锋，吴佩孚见大势已去仰天长叹，在众多侍卫的簇拥下爬上火车夺路逃命，数千名来不及避开的直系官兵被火车生生压死撞死，一时间铁道线上血肉纷飞血流成河，根本辨不清路面和铁轨的颜色。主帅逃亡敌军溃败更加迅速，北伐军将士乘敌混乱冲过铁桥，于当日十二时攻占贺胜桥阵地，取得了北伐路上决定性的胜利！
李宗仁毫不懈怠立即率军乘胜追击于三十一日黄昏兵临武昌城下，直系败兵纷纷从前线溃退下来路上拥挤不堪，直系将领赵荣华命令督战队挥舞大刀乱砍乱杀，杀得那些兵士们火性大发倒戈相向，竟然开枪向大帅专车射击，打死吴佩孚的副官一名击伤了卫士两名，事到如今吴佩孚才被迫下令允许败兵通过。
北伐军将城池团团围住，李宗仁决定乘敌喘息未定一举攻下武昌。于是自己担任攻城总指挥，陈可钰担任副总指挥，连续组织发起三次强攻无奈武昌城墙高峻坚固，护城壕沟宽阔异常水深没顶，加上守城敌军已有充分坚守的准备，闭城死守抵抗顽强，几次攻城不克付出了惨重代价。
这时李宗仁终于想起刘存战前向自己提出的、务必要将缴获的重炮抓在手里拖到武昌的建议，一时对轻易放弃十余门重炮后悔不已。鉴于出现的巨大伤亡，李宗仁不得不改变策略，变强攻为长期围困，待敌人弹尽粮绝后再行夺城。
战事稍停清点人马，新桂军数战下来伤亡一万二千余人，失踪三千余人，若非紧随身后的三个野战医院全体医务人员和数万民兵的及时救援补给，损失之数恐怕增加三成不止。更有甚者因急功近利盲目冒进，失散的战士无法归队，其中有数名炊事班士兵竟然在黑夜之中不辨方向，挑着担子夹杂在乱哄哄的敌军当中一起败退进入武昌城，天亮之后敌人才惊奇地发现几人并非自己的兄弟，审问之后一股脑将他们关进大牢，待革命军四十多天攻占武昌之后仔细辨认，才将他们从牢中被放出来，一时成为各军的笑谈。
随军参谋江汉杰在提交给李宗仁和发给总部的报告中用数个战例总结此战：合围武昌之前，战役中暴露出新桂军在协同作战方面的不足；各军之间通讯设施落后无法及时传达命令；指挥员对步炮结合的战术没有清醒的认识，放弃重炮轻率冒进；后勤补给得不到应有的重视；对缴获的物资轻易放弃没有交给紧随身后的民兵反而让其他部队得益。
李宗仁拿着报告沉思良久，找来年轻的参谋关汉杰仔细询问他的改进意见，随即立即召开全军团以上军事会议，对前一段战斗的得失进行总结，并集思广益提出了许多行之有效的解决办法。李宗仁及时的行动使下一阶段的征伐获得巨大的进步，为新桂军在各个战场上取得的一系列辉煌战果奠定了扎实的思想基础。
九月三日，蒋介石率领白崇禧、唐生智和高级顾问加仑一行，风尘仆仆地赶到武昌城南的余家湾车站，召开紧急军事会议，在简单了解敌我情况之后，立即颁布命令：趁敌立足未稳，限各军于四十八小时之内一定要攻下武昌！
李宗仁没有提出不同的意见，蒋介石随即任命李宗仁为攻城总司令，陈克钰为副总司令，另调第一军刘峙师接替第四军位于忠孝门的防务。同时郑重宣布：登上城墙者，军官奖赏二百元，士卒奖赏一百元，最先登上城墙的部队奖赏三万元！要求：各军必须组成“奋勇队”，前锋各部紧随其后，相距五十到一百米之内的距离，所用装备全为手榴弹和短枪，各军随后立即做好准备，于九月五日临晨三时正发起强烈的攻城战！
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