劉湘原定於6月22日向萬源、通江發起總攻，但因城口被紅軍奪取，唐式遵即下令五、六兩路提前於6月15日全線出擊，以阻止紅軍的進展。
6月15日，城口前線戰雲密布，槍炮齊鳴。敵獨立一支隊汪傑部以一個團由正面向分水埡、箭桿坪進犯，以兩個營由黃白灣向紅軍陣地側擊，正午時佔領分水埡、箭桿坪、大尖山、甘菽梁。僅半天工夫就奪得紅軍四處陣地，汪傑得意忘形，兩三天後，繼續率部向甑子坪進攻，沒料到遭到紅軍有力反擊，汪傑部死傷慘重，營長死傷各一人，連、排長傷亡十餘人，士兵傷亡三四百人，紅軍一個反擊將丟失的陣地全部奪回。
同一天，萬源前線。空中，敵機盤旋投彈；地面，敵五旅旅長劉光瑜指揮一、四、五旅及汪鑄龍部之劉、周兩旅共五個旅在飛機大炮的掩護下，向當面紅軍發起猛烈進攻。第一天，敵一、五兩旅就進佔了清花溪防線的鷂子寨、馬鹿埡、紅梓山、老鴉寨、麻姑石、耳山及香爐山等陣地。16日夜，夜色如墨，大戰了一天後的敵軍疲勞不堪，就地東倒西歪入睡。凌晨時分，突然槍聲大作，手榴彈爆炸聲如同驚雷，紅軍手舉大刀，殺聲一片，昏睡中的敵人被砍殺如同砍瓜切菜，至天明，四百多具屍體鋪滿陣地。敵四旅第一天與紅軍激烈拼殺，紅軍稍作抵抗便與敵脫離接觸退守邱家梁、筍子梁一線，敵汪鑄龍部進佔了萬源西南的青龍觀、石埡子、八廟埡、牛背梁一線，第二天，紅軍按照防守計畫再退至玄祖殿。
十餘天里，敵我雙方互相拉鋸，敵進我退，敵駐我攻，敵我往返衝殺。至7月1日，紅軍退出通江、城口兩座縣城，向毛浴鎮、硝口、熊溪口方面撤退，在萬源至通江一線全力阻擊敵人的進攻。十幾天的浴血苦戰，川軍的攻勢日漸疲軟，唐式遵不得已讓部隊稍作休整，再次策劃對萬源發動第二次進攻，前線暫時趨於沉寂。
乘此戰鬥間隙，紅四方面軍和川陝根據地最高領導層在萬源城內主持召開軍事會議。出席會議的有張國燾、徐向前、陳昌浩，紅三十軍政委李先念、副軍長程世才，紅四軍軍長王宏坤、政委周純全、副軍長劉世模、政治部主任兼第十二師政委徐長勛，紅九軍副軍長兼第二十五師師長許世友、第二十五師政委陳海松，川陝省蘇維埃主席熊國炳以及東線紅軍少數營團幹部數十人。
這次會議召開的時間非常關鍵。從1933年10月底，劉湘發動「六路圍攻」以來，紅軍採取「收緊陣地，誘敵深入」的戰略，節節抗擊敵人，步步後撤，整個根據地的大部分已經放棄了，敵人仍舊在步步緊逼。嚴峻的形勢面前，有些幹部戰士看到好不容易建立起來的根據地被一塊塊放棄，心疼不已，對於為什麼要收緊陣地心存疑慮。對大家的擔心，張國燾、徐向前，陳昌浩等西北軍委的主要領導對形勢作了透徹的說明。徐向前從軍事角度對收緊陣地和創造條件反攻作了說明：我們分析了兩次反攻未能成功的主要原因。一是敵人兵力眾多，步步為營，攻勢尚未達到「再而衰，三而竭」的地步，我軍反攻時機過早。二是我們的防禦戰線較長，兵力集中不夠，前面突開了口子，後續力量明顯不足，無法打破敵人的層層壁壘，進一步向縱深發展。要造成有利的反攻條件，還必須經過一個艱苦消耗敵人的階段。東線是敵主力第五路重點進攻的地區，要下決心在這裡實施決戰防禦，把前沿陣地變成埋葬敵人的墳場，造成反攻的有利形勢，熬垮了劉湘的精銳之師，其他軍閥勢必「樹倒猢猻散」，我軍反攻就是水到渠成的事了。從地形條件上說，東西兩線比較，東線反攻更有利些。因為西線山脈多南北走向，有利於敵人節節抗擊；東線地形南低北高，我軍居高臨下，反攻開始後可以順著山脈走向，直搗敵人後方，大縱深迂迴殲敵。我們要求各部隊繼續發揚以寡擊眾、以少勝多的頑強精神，硬著頭皮頂住，準備力量，適時轉入反攻。
陳昌浩在會上作了題為《敵我力量之分判與我們勝利的前途》的報告，著重從政治和戰略角度對「緊縮陣地，誘敵深入」作了說明：當我們開始與劉湘作戰的時候，我們陣線太長……為要消滅敵人，不能不集中兵力，集中兵力，不能不收緊陣地，此其一。敵主力進犯開始勢力頗猛，欲戰勝之，非先用疲敵制敵辦法，給敵以大大殺傷，殺其初氣，老其兵力，使其氣萎力衰，然後鼓我積極之力，一舉而打垮之，此其二。川地山大岩險，利於守不利於攻……收緊陣地為的是集中兵力，分散敵人兵力，收緊陣地當然在政治上頗受影響，因為赤區之一部受損失，群眾一部分遭國民黨軍閥屠殺，蘇區縮小……然而，主要問題是消滅敵人，不消滅敵人不能談鞏固赤區……如果為消滅敵人而收緊陣地，則敵人消滅之後，不但丟失蘇區可以恢複，而且可以大大發展新蘇區，以至爭取全四川的蘇區。去年為消滅田頌堯，不能不收緊陣地……將田頌堯打滅，三天就奪回原有赤區，為繼續發展，七天發展到嘉陵江，此其證明。
會議確定了堅守萬源、準備反攻的作戰方針並作了相應的部署：充分利用萬源一線有利陣地，以少數兵力實施堅守防禦，繼續給敵第五路以重大消耗，將紅軍主力集中在第二線，加緊政治動員和軍事訓練，全力準備反攻。
東線以許世友指揮紅九軍二十五師擔任主要方面的防禦任務，堅守萬源以南的大面山，抗擊敵人主力的進攻；張才千指揮紅四軍第十二師大部堅守萬源西南的玄祖殿，配合紅二十五師作戰；紅三十三軍一部和紅十二師兩個營堅守萬源以東的花萼山，主要抗擊由城口方向進攻的土匪王三春部；紅十二師第三十五團於萬源以北的滾龍坡地區警戒陝南敵人；紅三十軍第八十八、八十九師和紅三十一軍兩個團為預備隊，分別配置於萬源以東的孔家山和萬源西南的南天門地區。
西線紅軍在小通江河一帶牽制敵第一、二、三、四路，配合東線紅軍作戰。
面對嚴峻形勢，紅四方面軍政治部向全軍發出「緊急關頭，準備反攻決戰」的號召，指出：「現在是我們的緊急關頭，是消滅劉湘的決戰關頭。」
根據會議確定的防禦計畫，紅軍在地勢險要、山高林密的甑子坪、大面山、孔家山、南天門、鷹龍山、雲霧山一帶構築了一條長約四百華里的半圓形、多層次的堅固防禦陣地。
7月上旬，劉湘獲得情報：紅軍正猛攻陝西之紫陽、鎮巴，有向安康擴展模樣。徐向前總指揮在萬源方面指揮東線部隊，政治部主任陳昌浩在通江以北指揮西線部隊。
劉湘認為，紅軍此時進兵陝西，說明「六路圍攻」已大見成效，紅軍不支，向陝西進軍是無奈之舉。此刻川軍在萬源方面的兵力已達十個旅以上，左翼通江方面范紹增師四個旅及陳蘭亭部均已全數右移，王三春、王三友部已於7月7日佔領城口，紅軍向下川東發展已不可能。於是電令唐式遵迅即進兵，乘紅軍分兵之機，一舉攻下萬源，即使不能消滅紅軍於通江、萬源以北地區，也要將其逼出川境退入陝南。
7月11日，敵軍東西兩線的陣地上空陸續出現兩架飛機，飛機盤旋一陣後投下了聯絡信筒。「劉神仙」占卜7月11日是所謂「黃道吉日」，以前方軍事委員會委員長身份下達了總攻令，並以黃緞包裹總攻命令，用飛機分投各路總指揮部。
唐式遵將進攻萬源的部隊分為三路：
第一路由敵第一師及王三春、陳國樞等部攻甑子坪、花萼山，迂迴萬源東側；
第二路由劉邦俊二十三軍廖雨辰、汪鑄龍兩師攻擊大面山，迂迴萬源西側；
第三路以二十一軍第二、三兩個師從萬源正南的玄祖殿、孔家山突擊。
為奪取萬源，劉湘頒布了獎懲條例，以三萬銀圓作為攻克萬源的獎賞；規定指揮官必須親臨前線督戰，畏懼不前者就地正法。第五路總指揮唐式遵不敢怠慢，亦到前線坐鎮督戰。
因為後勤補給和部隊集結需要時間，即使劉湘下了嚴令，川軍前線各部依然沒能在11日發起攻擊。7月16日，唐式遵一聲令下，三路縱隊十餘萬人在飛機大炮掩護下，如同群狼撲向萬源。從大面山、花萼山再到玄祖殿、孔家山，萬源的東、南、西三面籠罩在戰火硝煙中，萬源決戰正式打響。
保衛萬源，關鍵是要守住大面山和玄祖殿。這兩座山位於萬源的東南和西南，猶如兩扇大門，是萬源南面的屏障，拿下兩山，萬源便無險可守，大門洞開。
大面山位於萬源市東南部，距離萬源城四十多里，山勢雄偉，峰巒起伏，主峰挺拔險峻，海拔高度一千一百米，滿山林木茂盛。令人稱奇的是，山上有一名為峽口湖的山頂天池，湖面寬達十萬平方米，湖水清澈碧澄，一塵不染。大面山屬於喀斯特地貌，山上溶洞密布，相傳這裡是道教的洞天福地，自古以來，在溶洞里隱居修仙的歸隱之士留下了很多遺迹與傳說。
大面山是萬源城東南面的重要屏障，也是萬源防線的重點部位，這裡要是被攻佔，敵人便可直下萬源城，川陝蘇區將不復存在。徐向前說：「大面山，是萬源的城門。城門一垮，廬舍為墟。」經