劉湘見萬源久攻不下，又接連損兵折將，便嚴罰重賞，宣稱：攻占萬源獎洋1萬元，攻占花萼山、孔家山各獎洋4千元，攻占大麵山、大竹溪、梨樹溪、燈盞窩各獎洋2千元，攻占玄祖殿、老鷹寨、香爐山、黃中堡各獎洋1千元。劉湘還規定：擅自放棄陣地者軍法從事；師長、旅長在其所屬兩旅、兩團上陣而不親臨前線指揮者處死。
8月初，唐式遵獲知紅軍存糧將盡，日食麵糊僅二餐仍不能保證，有時隻能吃些山果、野菜和半生不熟的土豆充饑。於是，他在劉湘嚴令和重賞之下，加緊策劃第三階段總攻。他以第1師和王三春、陳國樞部進攻甑子坪、花萼山，迂回萬源東側；以第6路的廖震、汪鑄龍兩部進攻南天門，迂回萬源西側；以第2、3師等部向萬源正麵的大麵山、孔家山等地進攻。同時，劉湘還令其他各路軍閥全力配合唐式遵總攻萬源。
8月6日拂曉，唐式遵向第5、6路發出總攻令，並發誓：“要在日內將萬源攻下！”這次，他采取大縱深、多梯隊的人海戰術，在強大的炮火準備後，命令各旅、團長督率營以下軍官組成的敢死隊打前陣，又以整團的兵力緊隨其後輪番攻擊。紅軍指戰員在戰鬥中逐漸摸到了唐式遵部隊“一轟、二攻、三鬆”的進攻規律，沉著應戰，近戰殲敵，打退了唐式遵數次進攻。
攻勢受挫，唐式遵又調整部署，以第3師師長許紹宗指揮第1、7兩旅專攻老鷹寨；以第6路廖震師附獨立第1團楊勤安部專攻大麵山；又派出數股部隊進行遊擊，牽製紅軍兵力。激戰至晚，紅25師予敵以沉重打擊後，撤至大麵山主陣地。當晚，唐軍在在紅軍陣地前駐守，並紛紛扯起雨布，倒在一起抽大煙。許世友和陳海鬆隨即組織指戰員瞄準唐軍忽明忽暗的煙槍火光，練習夜間實戰射擊；同時派出小分隊偷襲敵人，打得唐軍夜不能寐。
8月7日晨，唐式遵令兩個旅輪番進攻紅25師第75團防守的青山陣地。團長韓東山指揮3個連頑強抵抗。敵人憑借優勢兵力，很快突入紅75團部分陣地。韓東山急令團第二梯隊投入戰鬥，在友鄰部隊的有力配合下，終於打退了敵人兩個旅的進攻。在大麵山陣地，唐式遵以4個旅的兵力輪番猛攻紅73團陣地。紅軍前沿陣地僅有2個連，戰鬥不久，前沿防禦物鹿砦、木城起火。敵廖震師乘勢突破了紅軍兩道戰壕，陳嶽指揮該旅攻至紅73團主陣地，距許世友的師指揮所老鷹寨僅200多米。許世友急令第73團團長劉理運：“把敢死營拉上去，一定要把敵人打回去！”劉理運率敢死營與前沿紅軍用大刀和手榴彈將突入陣地的敵人趕出了陣地。此時許紹宗趁紅軍在大麵山、青山激戰之時，指揮彭煥章的第1旅和趙鶴的第7旅從紅73團和紅75團結合部突入紅軍陣地，兩旅之先頭部隊攻至老鷹寨紅25師指揮所山腳下。戰況十分危急！許世友果斷命令第74團團長潘幼卿：“按照預定方案出擊，堅決把突進來的敵人吃掉。73、75團用火力支援你們！”當精疲力竭的敵人剛接近老鷹寨時，紅74團以突然而猛烈的火力給敵以沉重打擊，並乘敵混亂之際發起反擊。許世友以按捺不住戰鬥的激情，舞著大刀，率領師直屬分隊殺向敵人。經過激烈戰鬥，突入老鷹寨的敵人被全殲。許紹宗見勢不妙，急率部退回原陣地。當日傍晚，唐式遵向紅25師攻擊的勢頭減弱，。許世友抓住時機，命令全師全線反擊，唐軍狼狽後退。紅軍乘勝追殺敵人七八裏，將敵人趕至大麵山山下的白沙河邊。
在玄祖殿陣地上，8月7日，唐式遵以兩個旅的兵力向紅12師發起多次進攻，竟毫無進展。下午，紅軍乘敵煙癮發作，腿酥腳軟之時，組織多路出擊，將進攻之敵打退。堅守花萼山等地的紅軍也打退了數旅敵人的進攻。
至此，劉湘以奪取萬源為目的的第四期總攻失敗。紅軍經過70餘日的艱苦防禦作戰，大量消耗了敵人的有生力量，僅第5路軍在萬源的3次總攻中就被殲14000餘人。此時，西線紅軍也積極牽製敵人，逐次收緊陣地，退守通江平溪壩一線。西線各路軍閥部隊亦在紅軍節節抗擊中損失慘重，兵疲力竭，與紅軍形成對峙。