還算懂得向友軍打聽學習經驗的山西團練動作很快，藉助用來守衛渡口的軍械物資和之前的營地工事，迅速在茅津渡以北修築了一道弧形的木石工事，用來抵消吳軍的快射擊針槍優勢，並且火速在工事前埋設地雷加強防禦，又匆匆掉轉炮口，把守渡口的部分火炮用來對付吳軍。
山西團練的動作快，吳軍突擊隊的動作更快，還沒等山西團練把黑火藥地雷的導火線全部安裝完畢，背負著沉重彈藥的吳軍突擊隊就已經殺到了茅津渡北面。而與此同時，僅僅只有駐紮在附近的幾支清軍哨隊和團練趕到茅津渡增援，平陸的清軍隊伍和之前被派到了陌底鎮的清軍機動隊卻都還不見蹤影，不知何時能夠抵達。
爭分奪秒的關鍵時刻，指揮這場決戰的吳軍主將劉坤一犯下錯誤，並沒有乘著清軍增援大隊還沒到來的機會發起全力衝鋒，選擇了在清軍的炮火射程之外停下腳步，調整隊形安排進攻，軍心其實十分慌亂的山西清軍也贏得了寶貴的調整機會，補強了弧形工事的防禦，迅速排好地雷導火線，互相鼓勵著等待吳軍發起進攻。
天色已然不早，下午四點十五分左右，負重行軍而來的吳軍將士稍做休息後準備發起進攻時，之前一度被吳軍擊潰的平陸清軍首先趕到茅津渡，很聰明的繞過吳軍陣地直撲茅津渡與主力會合，清軍士氣大振，吳軍卻是不理不踩。
四點十八分，兩百來名吳軍將士首先發起進攻，以五人為一個戰鬥組平行推進，大踏步沖向清軍防禦陣地，才剛進入清軍炮火射程，清軍的火炮就紛紛開火，把一枚枚實心炮彈轟向吳軍隊伍。然而很可惜，經驗豐富的吳軍將士卻在炮彈即將落地時紛紛伏地避彈，躲開了實心炮彈的致命彈射，清軍炮火自然收效不大，第一輪齊射僅僅只是打死了三名特別倒霉的吳軍士兵，打傷了兩人。
乘著山西菜鳥清軍手忙腳亂的重新裝葯填彈時，吳軍前隊衝鋒而上，大踏步衝進了清軍陣地兩百米內，期間最大射程可達三百餘米的清軍抬槍紛紛開火，還象瞎貓碰死耗子一樣，打死打傷了七八名吳軍士兵。工事後的清軍士兵吶喊歡呼之餘，徐繼畬和陳虎臣等清軍將領心中也紛紛燃起希望，無不暗道：「這仗有得打。」
清軍勉強還算不錯的表現到此為止，付出了不少死傷衝進清軍陣地兩百米內，四十個吳軍戰鬥組突然一起停下，也突然架出了一門門山西清軍土包子之前從來沒有見過的小炮，直接把一發發小型炮彈裝進小炮炮口。在望遠鏡里清楚看到這一情況，山西團練大頭目陳虎臣還驚訝說道：「這難道就是傳說中的吳賊小炮？這麼小？能有什麼用？」
很幸運，陳虎臣能夠親眼欣賞這些小炮到底有什麼用，裝好炮彈調整好射元後，吳軍擲彈手立即拉動擲彈筒皮帶，多次改進後的吳軍擲彈筒筒內撞針猛烈撞擊炮彈底火，四十發小型炮彈在發出很小爆炸聲後奪膛而出，曲射沿拋物線砸到清軍臨時工事頭上，驚天動地的爆炸聲也隨之在戰場上回蕩了起來。
苦味酸炮彈猛烈爆炸間，橫飛的彈片幾乎是在瞬間收割了無數的清軍士兵性命，坑爹的苦味酸火焰四射，引燃清軍臨時工事的木質部分，也引燃了不幸被火焰籠罩的清軍士兵全身，讓人膽顫的慘叫聲也在清軍臨時工事後響徹雲霄，無數血肉模糊的清軍士兵鬼哭狼嚎，十幾二十個火人一樣的清軍士兵滿地打滾，哭喊求救，可是不管他們怎麼滾動，身上的火焰說不熄就不熄。
更讓山西土包子清軍魂飛魄散的還在後面，吳軍的擲彈筒竟然就象能夠連射一樣，眨眼之間就又打來了一輪齊射，隆隆爆炸聲中，更多的清軍士兵慘叫倒地，更多的火頭在清軍陣地上升起，躲藏在工事後清軍士兵或是胡亂開槍，或是驚叫慘叫著四處奔走躲避炮彈，徐繼畬苦心營建並且寄託重望的臨時工事防線徹底大亂。
擲彈筒炮彈還在象長了眼睛一樣的不斷轟進清軍防禦陣地，爆炸聲與清軍士兵的慘叫聲此起彼伏，徐繼畬和陳虎臣等清軍將領的臉色也一個比一個更加蒼白，終於明白了吳軍為什麼敢派一支孤軍搶灘登陸的同時，也終於明白了河南清軍為什麼死活不敢與吳軍展開決戰——白白送死的事誰也不會幹。
山西清軍的堅韌程度遠不及吳軍的戰前意料，僅僅只是用擲彈筒轟擊，在清軍炮台還在不斷開炮還擊的情況下，也在吳軍步兵還沒發起進攻之前，守衛臨時工事的清軍隊伍就已經自行崩潰，全面後撤逃跑，包括督戰隊都是如此。見此情景，劉坤一也沒猶豫，馬上就讓一個營的吳軍將士發起進攻，奪占清軍陣地掩護吳軍擲彈手攻擊清軍指揮部。
還是在吳軍步兵排著四排橫隊殺到清軍陣地面前，吳軍擲彈筒停止轟擊之後，清軍才壯著膽子發起了一次反擊衝鋒，妄圖殺退吳軍的進攻和點燃事前掩埋的黑火藥地雷。
輪到已經很少能夠大展身手的吳軍擊針槍發威的時刻來臨，面對著迎面殺來的清軍人群，吳軍將士從容瞄準開槍射擊，機械一般的迅速裝填子彈，以山西清軍土包子不敢想像的速度快速輪射，也象割麥子一樣的成排成排把山西清軍士兵打翻打倒，幾乎不給清軍任何近身白刃戰的機會。偶爾有幾個漏網之魚衝到吳軍陣地近處，也馬上慘死在吳軍基層軍官的左輪槍下，沒有一個能夠獲得跑到吳軍士兵面前掄刀子的機會。
是人都會有怕死心理，發現繼續向前純粹是白白給吳軍送人頭之後，僥倖還沒被吳軍火槍打死的清軍士兵自然開始了不斷逃亡，衝鋒攻勢很快就消失得無影無蹤。吳軍將士繼續大步推進，吳軍擲彈筒手緊緊跟上，大搖大擺的直接殺向懸掛著徐繼畬帥旗的清軍指揮部所在。
發現情況不對，徐繼畬趕緊打出旗號，命令兩翼之兵衝擊吳軍兩翼，然而早就被嚇得兩腿發軟的清軍士兵才剛磨磨蹭蹭的發起進攻，吳軍那邊就已經立即變陣，兩支橫隊左右分出，保護住了擲彈隊的兩翼，以『門』字形繼續向前進攻。
不得不佩服徐繼畬的應變之能，即便從沒和吳軍的線性戰術交過手，徐繼畬還是十分天才的立即發號司令，派遣一軍迂迴去抄吳軍背後。然而吳軍方面的反應更快，才剛發現清軍迂迴來抄背後，吳軍擲彈筒隊中馬上分出一百餘人，舉起擊針槍保護住了背後，也把吳軍陣形變成了吳超越賴以揚名天下的空心刺蝟陣。
是只能夠滾動的大刺蝟，保持著嚴整隊形的同時，吳軍刺蝟陣仍然在向清軍指揮部迅速推進，清軍幾次壯著膽子發起衝鋒，也很快就被吳軍的擊針槍和手雷彈擊退。同時被保護在刺蝟陣中間的吳軍擲彈手開准機會，也不斷把擲彈筒炮彈轟進清軍人群密集處，炸得清軍士兵上竄下跳，衝鋒攻勢更加凌亂不堪，軟弱無力。
終於，吳軍刺蝟陣推進到了清軍指揮部的兩百米處，停下腳步掩護擲彈隊轟擊清軍指揮部，不過很可惜，聰明過人的徐繼畬早就料到吳軍士兵是想來送他回家，早早就帶著部將親兵逃離了指揮台，吳軍的密集火力覆蓋收效並不大，沒能炸死多少清軍士兵。
不過也足夠了，連綿不斷的爆炸聲中，不但清軍的指揮號令旗接連倒地，徐繼畬的帥旗也在轟擊中飄飄落地，徐繼畬再也無法通過旗號指揮整個茅津渡戰場，清軍的軍心士氣也遭到了重創。
這時，劉坤一也帶著後軍發起了進攻，輕而易舉的和前軍聯手殺潰了隔在兩軍之間的清軍機動隊，與前軍匯為一股，然後立即向清軍的渡口防禦陣地發起進攻。
守衛渡口的清軍士兵開始欲哭無淚了，他們躲藏的堅固地堡全都是面向渡口碼頭，只能躲在工事後對著渡口碼頭開槍，背後卻毫無防禦，從背後殺來的吳軍士兵想怎麼對他們開槍就怎麼對他們開槍，打得他們死傷慘重，只能是紛紛放棄工事撒腿逃命，辛苦修建的堅固工事也基本上形同報廢。
還有清軍針對渡口修建的炮台，本來掉轉炮口之後，清軍炮台還能對從背後殺來的吳軍將士形成一定威脅，然而當吳軍將士殺到近處，開始以彈道可控擲彈筒集中轟擊炮台後，清軍的炮台也一座接一座燃起了衝天大火，其中還有幾座炮台上火藥被吳軍擲彈筒炮彈引燃殉爆，直接炸塌了炮台。
從陌底鎮全速趕來的清軍機動兵力已經趕到了茅津渡，可是看到戰場上橫七豎八的同伴屍體和吳軍的強大火力，跑得氣喘咻咻的清軍機動隊卻說什麼都不敢衝鋒進攻，加入戰場。而黃河對岸的吳軍大隊卻是毫不客氣，馬上就以新編團練為先鋒發起搶渡，搖櫓划槳的衝過黃河趕來增援。
第一支吳軍船隊渡河期間，個別倖存的清軍炮台還開了炮轟擊河面封鎖航道，然而他們的位置才剛暴露，南岸的吳軍火炮馬上就開火還擊，以鐘錶法和三角定位法雙重測定距離後的吳軍火炮也打得極准，沒用多少炮彈就幹掉了殘餘的清軍炮台。
與此同時，吳軍的苦味酸炮彈還對茅津渡的地面上展開了一次火力覆蓋，儘管吳軍的炮彈穿透力不佳，沒能入地多深，可是苦味酸火焰還是引燃了不少的清軍地雷導火線，提前引爆了清軍用來陰吳軍的黑火藥地雷，保證了登陸部隊的腳下安全。
「其實正面打也有把握突