从11月21日起，红四方面军根据总指挥徐向前的指示，一面以第十二师及黄安独立团，继续猛攻黄安，紧缩对黄安守敌包围圈；一面将第十一师与黄麻赤卫军配置于黄安以南，宋埠、黄陂以北的大小峰山、五云山、嶂山地区，抓紧时间由南向北构筑了三道阵地，充分做好打援的准备。以第十师第三十团为总预备队，配置在嶂山西侧的云台山地域。方面军总部位于嶂山以北的郭九村。当天，各部完成了新的部署，直到11月27日，我攻城部队又攻占了黄安的东关、西关，黄安赤卫军的部分部队也抵近了北关，唯独城东北的课子山据点因工事坚固，一时难以克服而控制在敌手。
为了有效地围攻黄安之敌，以诱敌来援，担负围攻任务的红军各部队开始在城外构筑工事，采取“敌人出城突围我就打，不出城我就困”的战法，牢牢地困住敌人，使其有耗无补，难以为继，又难以解困。进退两难的赵冠英见援兵迟迟不到，被逼无奈，只好命令城中近两个旅的兵力，又组成突击队先后两次出城，企图向南突围，打通与宋埠之敌的联系，夺路“开溜”。均遭到红军致命的回击，无可奈何地又逃回城去。经过这一场反突围战斗，城中守敌兵力进一步被消耗。赵冠英再也不敢率部突围，只好派人偷偷出城，向离黄安最近的宋埠敌第三十师求援。红第十二师又趁机猛攻，相继占领了黄安东关、西关，黄安独立团也进抵北关外，赵冠英此时别无良策，准备率数千敌人拼死抵抗。敌机又从空中给被困之敌空投粮食补给，但又多数落在了红军的阵地上，饥饿的守敌只有出城抢粮，结果是出来一伙被消灭一次。被困在城中的赵冠英犹如瓮中之鳖，出又出不得，守又守不住，只有频频求援。敌被围不到10天，援敌就开始出动了。
12月7日，驻守宋埠之敌第三十师的两个旅在上司多次催促下，终于离开驻地，经永佳河向北增援。这是一支屡遭红军打击的部队，明知此去凶多吉少，所以，开进的速度十分缓慢。徐向前命令打援部队边打边撤，诱敌深入，然后从两翼包抄歼灭，红军第十一师第三十三团在大小峰山实施了顽强阻击，当给其以一定消耗之后，即由大小峰山主动撤至桃花店以北的五云山、周家坳一带预设的第二道阵地。敌占领了桃花店之后，自以为是取得了增援的初步胜利，遂于12月8日拂晓又由桃花店向周家坳发起进攻。红军给敌以重大杀伤之后，又主动撤至到嶂山的第三道阵地。被“胜利”冲昏了头脑的敌人把红军的主动撤离当成了节节败退，所以，紧追不舍。12月9日，敌一个旅的兵力进到我主阵地嶂山地区后，这里是我军的最后一道阻击阵地，也是以两翼包抄开始发起反击的起点。所以，当敌人以两个团的兵力向我阵地发动猛攻时，预先埋伏在两翼的我第十一师，在师长王树声的指挥下，第三十团坚持正面阻击，第三十一团、第三十三团立即从东西两翼向敌后猛插。敌师长彭振山一见，大惊失色，眼看就要被红军包围了，忙令部队后撤，等到红军第三十一团、第三十三团从两翼包围到位时，只围住了一个团并将其消灭。余敌一路急退，连夜逃回宋埠，深沟高垒，闭门不战。
12月18日，屡战屡败的敌人又以第三十师从歧亭、宋埠之线分两路大举增援。右路进攻大小峰山，左路进攻上独山、研子湾高地。疯狂的增援之敌先后在18日、19日攻占了桃花店、五云山等地，并于20日在优势火力的掩护下，组成了“敢死队”向我第十一师第三十一团的嶂山阵地发起了猛烈的进攻，战斗极为激烈。此时，被困于黄安城内的赵冠英见援兵已到，便摧动兵马出城突围。这一态势，使围城的红军处于腹背受敌的不利地位。第三十一团的前沿阵地一度被突破，逼近第十一师的指挥所，情况十分危急。第三十一团及师属通讯队、手枪队迅速增援，甚至与敌展开肉搏。方面军总指挥徐向前率领总部手枪营火速赶到前沿阵地，一面指挥部队向敌人发起了英勇的反击，一面指挥所有打援部队全线出击，向敌战斗队形的两翼迂回，给敌造成了后顾之忧。随后，总指挥徐向前又命令总预备队第三十团加入战斗，从嶂山以西倒水河两岸向敌左侧迂回，又以第十二师第三十五团配合第三十三团从嶂山以东五家湾向敌右翼包抄，以第三十二团协同第三十一团由嶂山正面向敌发起了猛烈的反击，形成了三面围攻的反击部署，加上赤卫军、游击队的参战，使敌被置于三面挨打的境地，顿时慌乱，溃不成军，狼狈逃窜，弃尸千余具。
此次战役，秦基伟回忆道：
我们隐蔽在山坡上，谁也不说一句话，但每个人的眼睛，都注视着徐总。从他身旁小松树上折下来的每一根树枝、飘落的每一撮松针，从他脚下冒起的每一股尘烟，都牵动着我们的心。我真想跑上去，一下子把徐总拽下山来。可是我也知道，徐总绝不允许这样做。
枪弹越来越密，我悄悄转过徐总身边，爬上山顶看了看，不禁大吃一惊。敌人已攻到半山腰，正在拼命向上爬。烟火笼罩着整个山坡。我看了徐总一眼，他仍然全神贯注地观察着前方。我立即退回来，向各排长介绍了情况。战士们听说敌人攻到了半山腰，更为徐总的安全担心。正在这时，徐总放下望远镜，转回头来，严肃地对身后的参谋说：“命令二十八团和手枪营冲锋！”说完，又转过头去继续观察。
战士们求战心切，早就等得心急火燎的了。按照徐总的命令，我把指挥旗猛力向前一挥，司号员吹起了冲锋号，打旗兵抖开了红旗，战士们从后背上抽出了闪亮的马刀……刹那间，军号嘹亮，红旗漫卷，杀声震天，我们向敌人展开了猛烈反击。
当我从徐总身边冲过时，忽然看到他瘦高的身体向右一歪，右臂流出了鲜血。啊！徐总负伤了，可他毫不介意，更加坚定沉着地以左手向前方山下一压，发出有力的命令：
“同志们，坚决把敌人打下山去！”
听着徐总亲自下达的命令，看着他负伤的右肩流出的鲜血，更加激起了我们对敌人的无比仇恨。
我们手枪营从正面，二十八团从右侧，十一师从左侧，像决了堤的洪流，哗啦啦地冲向敌阵。顿时，军号声、冲杀声、枪声、炮声，震撼山谷，威慑敌胆。冲到离敌人二三十米远的地方，我们连一百多支驳壳枪，像一把扇形铁扫帚，“哗”一扫，敌人立即倒下一片。红军战士冲进敌群中，跳进工事里，开枪打，举刀砍，与敌人混战在一起。一个隐蔽在工事里的敌人，正举枪瞄准，要向我打旗兵射击。堑壕里立即跳出一个胖墩墩的红小鬼，举起驳壳枪，“叭”的一声把敌人打缩了头。他飞步窜了过去，举起闪亮的马刀，猛劲一劈，把敌人砍死在工事里。在另一个地方，敌军官正用手枪逼着一个机枪射手向我射击。我们连的一位班长，又是“叭”的一枪，把敌军官打倒在机枪射手身上，吓得那家伙扔掉机枪，回头就跑，那住班长三步并作两步赶上去，端起敌人丢下的机枪，“哒哒哒”地扫射起来。
敌人伤的伤，死的死，一个个嚎叫着溃逃了。我们乘胜追击，无数面红旗迎风招展，驳壳枪上的红穗子，军号、马刀上的红绸子，在空中飞舞着。敌人被打得丧魂落魄，抱头鼠窜。一个敌兵抱着头往松树林里钻，我们一个战士眼尖手快，伸手拎起他的衣领，缴了他的枪，然后向后指了指，让他到俘虏那边排队，自己又随即向前追去。还有一个狡猾的敌军官，跑着跑着，猛转身想向我战士射击，他刚刚举起枪，就被我另一个战士蹿上去，一马刀把他的枪砍落在地……
打援战斗愈来愈激烈。我带领司号兵、打旗兵，冲在连队最前面。哪里敌人多，就向哪里冲；红旗指向哪里，连队就杀向哪里。有的同志负了伤，包扎一下伤口，又继续追击；有的同志子弹打光了，拣起敌人丢下的枪弹，继续向逃跑的敌人射击。有一股敌人企图凭借一个小高地进行顽抗，战士们像猛虎一样冲过去，敌人乖乖当了俘虏。就这样，我们一口气追击了15里，收复了第一道防御阵地桃花镇。
战斗中，红军共俘虏敌800余人，缴枪千余支，并乘胜追击，进逼宋埠，彻底打垮了敌人的此次增援。
就在第十一师在其他部队、赤卫军和游击队打援的同时，担任攻城任务的第十二师以及地方武装，结合军事打击和攻城准备，也对守城之敌展开了强大的政治攻势。守城之敌的许多官兵纷纷跳城，跑到红军阵地上来投降。面对此种情况，总指挥徐向前认为，守敌已经是粮弹极缺，山穷水尽，加之增援之敌屡援屡败，无所作为，士无斗志，我打援的作战行动已基本达到了预期的作战目的和效果，攻城的时机业已成熟。于是，徐向前决定，我攻城部队于12月22日夜发起攻城战斗。
12月22日上午，方面军以红军的第一架飞机“列宁号”飞临黄安城上空转了几圈，敌人以为是自己的飞机空投救援物资来了，纷纷跑出工事，准备多抢空投物资。可万万没有想到，久盼才来的飞机竟是红军的，撒了一些传单之后，又投下两颗追击炮弹，炸得敌人更是惊惶混乱，草木皆兵。与此同时，黄安独立团也乘飞机轰炸，敌人慌乱之际，突然攻占了可以瞰制全城的制高点课子山，又歼敌一个营的兵力。
当夜22时，总攻开始。总指挥徐向前指挥主攻部队第三十五团顺利突破城防，迅速向城内突击，第二梯队随后紧跟。守敌师长赵冠英见红军攻势太猛，城防已破，急令部队从南门突围，自己却化装由西门潜逃。突围的敌人刚刚一出城，就遭到徐向前指挥的红军的坚决打击，除少数敌人突围逃跑外，绝大部分都被打了回去。红军随即尾随敌人进城，与敌展开巷战。城外赤卫队员和乡亲们也自动拿着长矛、梭标、铁铲、木棒，高喊着“活捉赵瞎子”，从四面八方追赶敌人。秦基伟带领的手枪营第二连追击逃敌，一直追赶到高桥，将逃敌500余人全歼于城西郊，赵冠英未能逃出而被赤卫军活捉。历时43天的黄安战役遂告胜利结束，总计歼敌15000余人，俘敌师长赵冠英以下官兵近万人，缴获各种枪支7000余支，迫击炮10余门，电台1部。
黄安战役，是第四方面军第一次取得攻下敌人由整师兵力防守的坚固据点的重大胜利。这次胜利说明，总指挥徐阿前对此次战役所确定的“攻城打援”的作战指导是十分正确的，战役中所实施的指挥也是十分正确的，使得“攻城”与“打援”，“打援”与“攻城”的配合十分协调默切。因为黄安守敌虽然比较孤立、突出，但兵力集中，有坚固的防御工事，并可以得到歧亭、麻城、宋埠等地之敌的增援。所以，在这种情况下，若急于先取黄安之城，实施强攻硬打非但不易奏效，而且易于蒙受较大损失。可见，总指挥徐向前在当时形势允许的情况下，所采取的逐项攻城，逐步削弱敌人，创造条件，在多次吸引并消耗增援之敌中给守城之敌以巨大的心理压力，使其逐步丧失坚守的信心，尔后待机攻城的战役决策，是实现战役目的的关键。主要体现在：第一，扫清城防外围据点时实施的迅速分割包围，并做到全歼分散之敌，这就有效地削弱了敌人的防守力量，打击了敌人的士气。第二，在围城方面，不仅打破了守城之敌数次向外突围的企图，给敌有生力量以大量的杀伤，而且还配合展开了强大的政治攻势，从而使守敌的有生力量逐步削弱，士气也随日趋低落，守敌受困城中，无法补给，作困兽之斗，迫敌只有向外突围。但事实上却是敌人向外突围的次数越多，力量的消耗就越大，越是中我下怀。这就是徐向前攻城打援谋略的精妙所在。第三，两次重要的打援战斗，都是首先采取运动防御的战法逐渐地消耗敌人，并将敌步步引入我预设阵地，待敌进至我预设阵地后，再集中兵力，以包抄迂回战术予以歼灭，从而给敌援兵以一次又一次的消耗。这种打援战斗的胜利，对以攻击手段夺取敌人据点更有着决定性的意义。第四，选择了攻城发起的最好时机，即在敌人最大规模的增援遭到溃败和其重要支撑点课子山失守之机，这是敌人已经陷入弹尽粮绝、待援无望、固守不成，突围不能、军心涣散的绝境之时发起的。因此，攻城战斗一经发起，敌即无心坚守，脱离阵地，望风而逃，为红军在追击中歼敌又创造了极为有利的条件，从而使红军很快将敌全歼。
另外，黄安战役的胜利，使黄安、麻城、黄陂、孝感等县的革命区域连成了一片，根据地中心区域更加巩固并向南得到了很大的扩展，这在初创的第四方面军创建革命根据地来说，是极宝贵而重要的。同时，消灭了敌人大量的有生力量，沉重地打击了敌人固守据点的信心，对后来的作战产生了很大的影响。同时，第四方面军通过此次战役也取得了攻城与打援相结合的极其宝贵的作战经验。