劉放吾接到命令後，立即率部向平牆河前進，並派副團長曾琪隨同英軍戰車隊隊長先行偵察地形及敵情。該團於17日午後到達平牆河以北。英軍配屬輕型坦克12輛、炮3門，於當晚完成了攻擊準備。18日淩晨，第113團第2營在左，第1營在右，第3營為預備隊。
為與第113團作戰配合，被圍的英軍亦於18日淩晨展開突圍戰鬥，但苦戰一日，毫無進展。16時30分，英緬軍第1師師長史考特（又譯為斯高特）特致電史萊姆求援。他估計還能挺過一夜，但若次日還不能獲得飲水，他的軍隊將因虛脫而不能戰鬥。他要求準許放棄運輸工具及武器，於當晚輕裝突圍。”史萊姆遂要求第113團繼續攻擊，以速解英軍之圍。此時孫立人已趕至前線，經現地偵察後，認為平牆河南岸日軍居高臨下，攻擊行動完全暴露，僅以一個團兵力實施晝間攻擊，不僅難以達到解圍目的，反易遭不意之損害。經與史萊姆一再解釋、協商，獲得諒解，決定次日拂曉攻擊。
當晚，孫立人與史萊姆共同研究攻擊部署。孫立人因右翼方麵全係石山，側背臨河，萬一攻擊頓挫，危險較大，主張以左翼（東翼）為主攻。但史萊姆以被圍英軍在仁安羌東北地區，如果主攻在左翼，則被圍英軍易於蒙受炮火損害，且解圍後之撤退亦殊多不便，堅請將主攻改在右翼。於是孫立人師長18時下達了攻擊命令。
19日淩晨4時30分，第113團渡過平牆河，5時30分展開全線進攻。右翼部隊迅速攻占日軍第一線陣地。日軍為挽回頹勢，亦及時增援並組織反擊。雙方反複衝殺，戰況極為激烈。第3營營長張琦（湖南永州籍）壯烈犧牲。激戰至14時，攻占了油田區。左翼部隊亦攻占了日軍主要據點501高地。15時與被圍英軍取得聯係。當日上午7時，被圍的英緬師亦曾發動攻擊，企圖與解圍的中國軍隊配合突圍，但很快即被日軍壓製下去。史萊姆在《Defeat into Victory反敗為勝》中回憶道：“軍隊在精疲力竭之際，又受到猛烈攻擊，死傷又增”，“盡管軍官不斷安撫，英緬軍已經完全崩潰。”
這場戰鬥從淩晨4時一直打到午後3時，日軍終於抵擋不住遠征軍淩厲的進攻，向後逃竄。這一戰，新38師113團以不足千人的兵力，向3700名日軍發起攻擊，擊斃日軍第214聯隊及第213聯隊約1200多人，而我軍也陣亡了202名。第113團擊退日軍後，救出了英緬軍第1師7000餘人和美國教士、新聞記者以及被日軍俘虜的英軍等500餘人，從日軍手中奪回的100多輛汽車和1000餘頭馬匹等亦交還英軍。他們在第113團掩護下，安全地從左翼撤至賓河北岸。英國隨軍記者Jack Belden寫道：“三天的苦熬，已使他們狼狽不堪，一路對著中國軍隊，個個豎起大拇指，高呼‘中國萬歲’。”
4月20日，遠征軍第一路司令長官羅卓英向委員長蔣介石報告劉放吾率第113團在仁安羌經兩晝夜激戰解救英緬軍戰況：
渝。軍委會。（加表）。委員長蔣；孫師原派喬克巴黨（按：又譯為喬克巴當）之一一三團，筱日掃蕩平河（按：即賓河、平牆河）以北敵人後，進而救援在彥南揚（按：即仁安羌）【被】圍之英軍。現據孫師長皓未報稱：劉團經兩晝夜激戰，占彥南揚，救出被圍英緬軍第一師七千餘人（情形狼狽，不複成軍），並由敵人手中奪獲之英方輜重百餘輛，悉數交還。敵向南退卻，其死傷約五百餘，我亦傷亡百餘。該團暫在彥南揚占領陣地。等語。查孫師劉團作戰努力，除獎勵外，謹聞。羅卓英。號巳。參。印。
劉放吾在1963年10月接受香港記者崇學采訪時說（具體詳見10月18日《征信新聞報》）：
“那是日軍作戰力很強同時配備也很精良的卅三師團，師團長是陸軍中將櫻井省三，他底下的一個步兵團長是陸軍少將荒木正三，他們不僅有戰車和大炮的配備，而且還有一大隊飛機哩，其戰鬥力之強及配備之精良，於此可見。”
“敵軍卅三師團參加這次戰役的約在一萬人左右，卻傷亡了七千多，虜獲武器、彈藥、旗幟、防毒麵具更是無算。”
當記者問及被救出來的英軍官兵七千餘人也是戰果時，劉放吾說：
“那是並肩作戰的友軍，友軍遭遇危難，援救他是應該。那不能列為戰果。”
淹沒不彰的戰功
劉放吾將軍晚年到美國洛杉磯與次子劉偉民一起居住後，由於朝夕相處，劉偉民有機會了解其軍旅生涯。劉偉民寫道：
由於種種原因及後來的時空背景，使當年打贏這場戰役的劉放吾團長，不但戰功被抹殺，還受到了許許多多的冤屈。
聽父親說，“仁安羌戰役”後，他帶領113團奉命掩護英軍及我軍撤退，在卡薩轉戰多時，終於翻山越嶺，突出重圍，望到一江之隔的印度。在渡江前，父親說，他發出兩通電報，分別致師部及軍令部稱“劉團今夜渡江，不成功便成仁。”全團然後趁著黑夜泅水橫渡大江進入印度。但無線電在渡江時浸水受損，父親說，團隊渡江後無法與師部聯絡，在音訊全無的情況下，傳說劉團全軍覆沒，母親於都勻聞訊當場昏厥。劉團從仁安羌到卡薩再到印度，前後苦戰數十日，官兵極度疲勞，彈藥殆盡，一路上風餐露宿，官兵大多生病。部隊在印度歸還建製，成為“最光榮的一團，最後離出戰場！”
父親追隨孫立人將軍多年，他隻能盡心完成交付使命，絕口不提仁安羌戰功被抹殺的委屈；孫將軍遭軟禁之際，他也不能提及自己與孫將軍的淵源，仁安羌戰役甚至在史書上都被輕描淡寫一筆帶過；孫將軍晚年被解禁後，部屬都為他慶幸，父親也覺得將軍對國家貢獻卓著，對多年來軟禁遭遇深為同情，因此又不便再提仁安羌戰功。
英緬軍第一軍團長史萊姆將軍清楚地指出：劉放吾團長在仁安羌率領第113團攻擊日軍。但是坊間的書籍卻鮮少提及劉團長，1963年才會發生轟動港台的“冒牌將軍案”；杜聿明將軍的回憶錄，甚至無中生有的把113團團長寫成孫繼光；其它道聽途說，東抄西寫有關仁安羌大捷的文章更是不一而足。父親看在眼裏，隻有搖頭歎息。