10月13日，第10兵團首長下達《攻殲廈門守敵的部署命令》，以第31軍第91師及第93師1個加強團，強攻鼓浪嶼，得手後向廈門市區發展進攻。廈門解放後該軍以1個師兵力攻取小金門。以第29軍第85、第86師和第31軍第92師採用偷渡手段奪取廈門北半部，如偷渡不成，則改為強攻。得手後與第91師等部南北對進，全殲島上國民黨軍。同時以第28、第29軍各一部位於大、小嶝島、蓮河、圍頭等地，以炮火壓制金門，進行牽制，待廈門戰鬥發起後，如大金門守軍增援或撤逃，則立即對大金門發起攻擊。如廈門攻佔後，大金門守軍尚未撤逃，則以第28軍4個團並指揮第29軍1個師攻擊大金門。
31軍軍長周志堅、政治委員陳華堂按照預定的作戰部署，決心以91師271團和93師277團擔任主攻，在炮火掩護下，分兩路從鼓浪嶼的西南面同時登陸突破。
鼓浪嶼彈丸之地，由於風景優美如畫，素有「海上花園」之稱。鴉片戰爭後，帝國主義列強紛至沓來，爭相在這裡劃租界、開洋行、建教堂、設領事館，成了「萬國租界」。國民黨軍先以2個團的兵力防守該島，後又增加1個團，總兵力達5000餘人。
10月15日，31軍首先對鼓浪嶼發起攻擊。15時40分，開始實施炮火準備。18時，第一梯隊內的271、277團各2個營的船隊，分別由海滄和海澄（今屬龍海縣）河灘起渡，分兩路向鼓浪嶼的西南部進發。
不久，東南風突然轉為東北風，而且越刮越猛。船隊在洶湧的波浪中逆風行進。有的桅杆被折斷，有的帆篷被刮破。支前船工與戰士密切配合，搏風擊浪，奮勇向前。當距岸150米時，國民黨軍以猛烈炮火攔阻，船工和戰士們毫不畏懼，奮力划槳前進。帶著自家3條船和5口人參戰的50多歲的船工張錦娘，不顧丈夫和小兒子中彈倒下，接過船舵，掌握航向，鼓勵戰士們奮力划船，奮勇殺敵。最後一家5人全部壯烈犧牲。船工歐吉實、歐青芳父子兩人同劃一條船，當船快要靠岸時，歐吉實中彈了，但是他忍著劇痛繼續向前劃，不幸又中一彈，為國捐軀。歐春芳懷著對蔣匪軍的深仇大恨，強忍著失去父親的巨大痛苦，滿噙著復仇的淚水繼續為突擊隊划船。
21時30分後，突擊船隊的少數船隻開始零星抵灘，大部分船隻因風浪太大而未能在預定突破口靠岸，國民黨軍前沿火力點瘋狂掃射，第一梯隊登陸部隊在灘頭遭受重大損失，僅7個排突入國民黨軍的前沿陣地。當271團3連的船隻將靠岸時，勇士們在槍林彈雨中，不由自主地想起了戰前和1連的革命英雄主義競賽：看誰先把紅旗插上鼓浪嶼！勇士們都曾一再叮囑著擔負插旗任務的徐德儉：「老徐！可得準備好！一定得插上呀！」現在，船隻衝到了岸，該是英雄部隊和英雄來實現自己誓言的時候了。有的甚至還被吹回原岸。
共產黨員徐德儉更緊張地望著面前的鼓浪嶼，他清楚地知道：自己完成光榮任務的時候就要到了，他不由地緊握了手中的紅旗。他想起接受這個任務時，曾跳著蹦著，樂得像個小孩子，他也曾對叮囑他的同志們說：「大家放心！我徐德儉保證不給3連的臉上抹黑！」
船靠岸了，勇士們縱身跳上了灘，7班的黃有山抱著炸藥包向鐵絲網猛撲過去，一聲巨響，鐵絲網被炸開了大口子，黃有山接著連續爆破，3包炸藥驅走了當面鋼筋水泥地堡里的敵人，他轉身招呼著徐德儉，只見從煙霧中，一面紅旗展開來了。徐德儉飛速地跑過去，抓著灘上的汽油桶，攀登而上，紅旗牢牢地插上了鼓浪嶼。在濟南戰役中榮獲「青年戰鬥模範班」稱號的271團1連8班，抵灘時遭敵火力嚴重殺傷，班長叢華滋高呼：「同志們！我們是英雄部隊，哪怕只剩下一個人，也得打上鼓浪嶼！」
271團2連1排單獨於鼓浪嶼西南面岩石下登岸後，在副團長田軍指揮下，連續炸開鹿砦、鐵絲網，突入灘頭地堡。1排的勇士們冒著敵人正面和兩側的交叉火力摸到了敵人圍牆根，迅速地架好梯子。3班長共產黨員宸士興第一個登上了梯子，當他剛爬上牆頭時，敵人一梭機槍彈掃來，他中彈跌了下來。他一面用手按著肚子上的傷口，一面一聲不響的站起來再往上爬。暈倒後他嘴裡卻還喃喃地說著：「同志們！往上沖呀！別忘了咱對人民負責的戰前計畫呀……」
勇士們氣紅了眼，大聲吼著：「給3班長和其他犧牲的同志報仇！」副排長李榮和立即又帶著大家爬了上去，雖然他的脖子負了傷，鮮血直往外滲，但仍高聲地喊著：「消滅敵人呀！同志們！咱們只有前進不能後退！」這時，7連2排也打了上來，2個排合力向敵衝擊，攻佔敵1個鋼筋水泥堡。2個排只剩下1個班的兵力，仍邊高呼「輕傷不下火線，與敵人拼到底」的口號，邊向前突進，連續攻佔了敵人3個地堡，並頑強地擊退了敵數次反撲，最後終因寡不敵眾、彈藥耗盡，大部壯烈犧牲。
91師炮兵營2連指導員趙世堂所在的船中彈後，2門火炮墜入海中，他率領10名戰士強行涉水登陸，突破前沿陣地後直插日光岩西側的制高點。他負傷後不下火線，堅持在陣地上組織戰鬥。他激動地說：「同志們！咱們是革命戰士！在敵人面前是不能屈服的！子彈拼光了用手榴彈，手榴彈光了就用石頭拼！」他一邊動員著戰士們，一邊還到處收集彈藥。當他打得只剩下一顆手榴彈的時候，拉出了弦扣，就在敵人摸到他面前的時候，轟的一聲巨響，英勇地為人民獻出了自己的生命。271團團長王興芳冒著彈雨，帶領指揮船抵灘指揮部隊登陸，不幸中彈獻身。
23時後，91師組織2梯隊3個營起渡，皆因風浪太大而未能成功。這時，戰鬥在鼓浪嶼的部隊得不到後續部隊的支援，處境越來越困難。16日12時，31軍命令91師暫停攻擊，總結經驗，準備再戰。戰士們英勇頑強的戰鬥，果然造成了湯恩伯的判斷錯誤。他誤為鼓浪嶼是我軍的主攻方向，立即將他掌握的預備隊1個師投入鼓浪嶼，包圍了我軍登陸部隊，並將其控制廈門腰部的機動部隊南調。我攻上鼓浪嶼的戰士，個個都是英雄好漢，頑強戰鬥，直至全部壯烈捐軀。他們灑滿鮮血的陣地，戰後被命名為「英雄烈士山」。
強攻鼓浪嶼的戰鬥雖然由於準備工作不夠充分，未能完全掌握潮汐、風向等的規律而受挫，但使湯恩伯誤以為鼓浪嶼是解放軍的主攻方向，急調預備隊增援，同時又將廈門中部的機動部隊南調，這就為解放軍在廈門北部海岸偷渡成功創造了有利條件。
正當湯恩伯調動部隊之時，我第29、第31軍主力在廈門島北部發起偷渡，並迅速接近廈門北部的塞上、高崎、鍾宅一線海岸，搶灘登陸成功。
17日8時，鼓浪嶼解放，11時廈門戰鬥勝利結束，共殲國民黨軍第8兵團部、第55軍全部、第68、第96軍殘部和要塞守備部隊計2.7萬餘人，其中俘2.5萬餘人。第10兵團傷亡3000餘人。