17日拂曉，鄧錫侯部全線出擊。先頭部隊進至紅軍岩嘴頭附近預定作戰區域時，鄧錫侯即以小部隊搜索前進，大部隊隨後跟進，企圖與紅軍先進行局部戰鬥，搶奪有利地形，掩護主力向武都前進。徐向前則以小部紅軍沿公路兩側且戰且走，誘敵深入，主力則一直隱蔽在待機區域。敵龔渭清指揮左翼2個旅進展較快，不久便攻至白廟子、官渡溪一線。鄧錫侯見先頭部隊進展順利，便令大部隊以梯次密集隊形向武都推進。
魯家梁子東瀕涪江，西臨八家河，它與塔子山似一道城牆把江油與中壩攔腰斬斷。許世友指揮的紅4軍部隊就固守在這裏。鄧錫侯先以飛機大炮狂轟濫炸，接著令龔渭清指揮3個團的兵力向紅軍陣地發起集團衝鋒。紅軍充分發楊火力近戰，給敵以沉重打擊。敵軍在督戰隊逼使下不顧傷亡蜂擁而至，突破了紅4軍左翼34團與紅30軍第88師的接合部。許世友急令預備隊紅28團反擊。驍勇善戰的團長王近山率領部隊衝入敵群肉搏，將敵人趕下了山。戰至下午，紅軍傷亡不斷增多，不少連隊隻剩下三四十人了，很多指戰員仍然帶傷堅持戰鬥。此時，敵遊廣居指揮右翼部隊兩個旅占領火風山，接著又仰攻紅25師塔子山陣地。紅軍據險固守，給敵以大量殺傷。遊廣居部隊攻至山腹後已饑餓疲憊不堪，士氣已竭，無力再攻。紅25師乘勢以猛烈火力從正麵殺傷敵人，又以大部兵力從兩翼包抄敵軍。敵旅長孫禮急投入預備隊與紅軍反複衝殺。激戰約1小時，孫禮旅傷亡過半，率先向中壩潰退。紅25師乘勢從三麵席卷盧濟青旅。盧濟青旅分兩路潰退，旅長盧濟青率旅部和傅汝州團退回中壩，康伯銘團即向龔渭清旅後背靠攏。
鄧錫侯右翼部隊潰敗，徐向前即令全線出擊。紅4軍軍長許世友抓住龔渭清、陶凱兩旅軍心動搖之機，以紅11師1個團迂回敵側後，斷其退路，軍主力則從兩翼協同紅88師迅猛反擊。龔渭清是鄧錫侯部隊中有名的敢死隊長，他赤膊上陣，率領配置清一色二十響快慢機駁殼槍的手槍營負隅頑抗。紅軍以排山倒海之勢壓向敵手槍營，頃刻間斃傷其大半。龔渭清和兩個團長受重傷，在康伯銘團的掩護下，乘著夜色，沿官渡溪河穀逃往中壩。在紅軍大舉反擊時，武都守敵楊曬軒以為援兵來到，立即組織突圍。該旅一部突出城外不到4裏即被紅27師全殲。楊曬軒即縮回武都城。鄧錫侯在岩嘴頭督戰，見所部4個旅潰不成軍，失去掌握，紅軍又呐喊著“活捉鄧錫侯！”，漫山遍野殺來，使他心驚肉跳！鄧錫侯急令預備隊就地占領陣地，掩護潰退部隊，自己則騎馬隨潰退部隊逃向中壩。當夜，紅軍追至岩嘴頭附近一個山頭上，紅88師和紅25師發生誤會，相互混戰多時，致使鄧錫侯乘機逃走。
鄧錫侯決定放棄中壩。他令孫禮旅連夜退至通口河右岸占領陣地，收容各旅潰兵，控製香水場上下各渡口，警戒和監視當麵紅軍；令任建勳團利用城垣掩護各部連夜渡過通口河，於拂曉前撤至青義場待命；電令武都楊曬軒繼續固守江油城。部署完畢後，鄧錫侯乘汽車向綿陽逃跑，沿途又遭紅軍突擊隊不斷襲擊，“活捉鄧錫侯”的吼聲不絕於耳。鄧錫侯驚恐萬狀，催促司機加速駛過慢坡渡，令衛隊砍斷浮橋，阻擊紅軍突擊隊，方得回到綿陽。
江油戰役勝利結束，紅軍殲敵4個多團，俘敵3000餘人，繳獲大批武器彈藥和軍需物資。4月18日，紅軍克中壩，19日又克彰明。4月12日，紅30軍第89師一部進入北川；紅4軍18日攻克梓潼後，一部乘勝向西，於4月22日攻克北川縣城治城鎮，隨後又占領了以治城為中心的24個半鄉，與平武、江油連成一片，打通了曹山溝以上地區的峽穀通道。紅89師向西北挺進，相繼攻占青川、平武。在曆時24天的嘉陵江戰役中紅軍先後攻克閬中、南部、劍閣、昭化、梓潼、青川、平武、彰明、北川九座縣城，控製了東起嘉陵江，西迄北川，南達梓潼，北抵川甘邊界縱橫二三百裏的廣大地區，共殲敵12個團1萬餘人。嘉陵江戰役打亂了蔣介石和劉湘的“川陝會剿”計劃，威逼四川軍閥統治中心成都，又有北出甘南之勢，迫使蔣介石調兵陝、甘，劉湘主力13個旅西調綿陽，總計牽製和抗擊了參加會剿的敵軍兵力183個團，從而有力地配合了中央紅軍西入雲南、北渡金沙江的行動。