1933年9月22日夜，營渠戰役開始。紅軍參戰部隊緊密配合，戰至次日拂曉，紅73團攻占龍背場，殲敵1個多營。紅74、75團攻占馬鞍場，殲滅反動地主武裝近千人。紅30軍從正麵進逼玉山場守敵，紅4軍第11師以兩翼迂回包圍戰術，包圍了鼎山場守敵1個團。戰至上午，玉山場守敵被紅30軍擊潰，敵第2混成旅隨之南逃。楊森為阻止紅軍南進，以3個團在營山以東一線占領陣地，並將南充部隊北調。此時，紅25師與紅30軍主力奮起追擊敵第二混成旅，於24日上午追至太蓬山、馬深溪附近，一舉擊潰敵第2混成旅殘部。敵20軍陣勢由此大亂。據此敵情，徐向前令紅30軍向東南敵縱深發展；紅4軍第11師殲滅鼎山場守敵後向東南進擊，並配合紅30軍作戰。9月29日，紅軍向營山以東一線之敵發動攻擊。當夜，紅30軍主力奔襲佛樓寺，戰至30日，殲敵兩個團。同日，紅4軍第11師攻占石橋河，進逼渠縣近郊。紅30軍則分兵一部西進，協同紅9軍第25師進攻營山。
楊森聞報前線部隊潰敗，營山縣城危在旦夕，深恐廣安軍部有失，急令第3混成旅馳援營山，第5混成旅於營山東北之天池場、通天場、大廟場一帶憑險構築工事，攔阻紅軍繼續南進。營山守敵第3、5混成旅和第2混成旅殘部以玉皇宮、通天場、南嶽山為防禦重點，構成三足鼎立之勢。
據此敵情，紅30軍、紅9軍第25師首長研究後決定，采取集中兵力，逐點殲敵的戰術，先攻克玉皇宮，再分割其餘兩點。10月2日，紅25師第73、75團夜襲玉皇宮成功。在正麵紅30軍一部配合下，紅25師主力迅速占領玉皇宮，並向敵通天場陣地猛插，連續攻占7道工事，殺得敵人潰不成軍。拂曉時，南嶽山之敵在紅73、74、263團的三麵夾擊下，棄陣南逃。與此同時，紅9軍副軍長許世友率紅74團直插新店子斷敵南逃退路，並一舉衝過儀隴河浮橋，擊潰守敵。中午十分，敵逃至儀隴河邊，遭到紅軍前後夾擊。經12小時激戰，紅軍殲敵2000餘人。楊森精心部署的營山防線土崩瓦解。接著，紅軍以迅猛之勢逼向營山。營山守敵聞風喪膽，棄城南逃。10月3日晚，紅25師不戰而克營山縣城。10月6日，紅軍進至蓬安東岸周口，東線部隊逼近渠縣城。不久，紅4軍一部占領渠縣城。
此時，徐向前見拔除敵人鼎山場、玉山場等據點的目的已經達到，遂結束了營渠戰役。此役曆時15天，紅軍斃敵團長以下千餘人，俘敵團長以下2000餘人，繳槍2500餘支；解放了營山、渠縣以及蓬安縣嘉陵江以東的廣大地區，根據地向南擴展百餘裏，人口增加90萬。