应该说，从反田颂尧“三路围攻”战役打响的第一天起，总指挥徐向前就在不断地思考着一个问题：红军将在何时、何地转入反击？无论是战役的第一阶段，还是第二阶段，我红军均采用了以少敌众、节节抗击的战法，目的就是要利用有利条件、有利地形大量地杀伤敌人，挫其锐气，待其力竭，然后使用主力突然展开决定性的反击，造成战役发展的逆转和我军的最后胜利。因此，何时、何地转入反击，就成了战役指挥中最关键的问题。退守空山坝地区之后，我军形势更加严峻，部队要求反击的情绪日甚一日。从敌我双方战场态势看，目前我军到了必须立即开始大反击的时候了，而敌人是否也到了再衰三竭的程度，徐向前心中并没有把握。自从在鄂豫皖苏区率领这支红军，徐向前就在频繁的反“围剿”战争中既积累了丰富的反击经验，也吸取了一些不成功的教训。就他的经验而言，反击进行得过早不行，敌人尚没有十分疲惫，更没有消耗到极限，我军不易一击而胜；晚了也不行，那样我军没有了回旋余地，敌人则可能会合为一股，不易再被我军各个击破。再就是反击地点的选择，这一点也是十分重要的。若反击地区的地形不好，我军最多只能将敌人击溃而不能歼灭，同样无法一战而扭转战局，决定胜负。
第一阶段战斗结束后，徐向前曾想搞一次大的反击，但考虑到我军防御线太长，敌人太分散，地形也不利，便于敌人溃逃，难以一战收大胜之效。第二阶段战斗开始时，敌人的主力集中于通江西南和西北，兵力太大，我军很难将其一口吃掉。所以，只能再次退却，重新选择阵地，等待时机。但现在的情况不同了，一是我军已经不能再向后撤退了，再退就退回陕南了。二是地形有利，部队越向北退，越进入大巴山南麓的深山密林峡谷断崖地带，更有利于我军的正面阻击和翼侧组织穿捕迂回，不利于敌人的大兵团展开。三是敌人已经被目前所取得的“战果”冲昏了头脑，兵疲将骄，全线进攻，重心分散，补给困难，我军则全部集中，如同一只攥紧的拳头，随时可做大兵力纵深突击。
经过反复分析比较和深思熟虑，徐向前最终定下了立即实施战役反击的决心。敌人的全线进攻又开始了，其担任主攻的左纵队，在孙震率领下，集中第四师5个团、第五师1个旅、独立师3个团及第三路2个团共13个团的兵力，南西向东，向我空山坝、余家湾、柳林坝地区发起了疯狂的进攻：另敌中纵队、右纵队则向通江以北实施快速推进，妄图形成南北夹击之势，全歼红军。战斗过程中，敌左纵队逐渐冒进到空山坝西南的余家湾、柳林坝一带。东面的刘存厚部也想趁机捞一把，出动了8个团攻占了竹峪关，形成了合围的态势。总指挥徐向前分析到：我军采取“避其锐气，击其惰归”的方针，造成了敌人的两个致命弱点：一是大兵团深入到深山密林峡谷地带，回旋余地小，兵力展不开，易遭杀伤。二是减员增大，疲劳加剧，补给困难，士气愈来愈沮丧，这就使敌人丧失了他们原有的优势地位，说明我军反攻的时机基本成熟。所以，应该选择突出冒进到空山坝西南的敌左纵队作为反攻的首要目标。因为首先，该敌是“三路围攻”的主力，歼灭了这路敌人，将会起到对全线各路敌人以强大震恐作用，使之不战自乱：其次，该敌突出冒进，与其中路和右路纵队之间的间隙较大，已经处在我军三面包围之中，便于我三面围攻：再次，左路之敌兵力较多，在深山峡谷之中无法展开，造成兵力密集，易遭杀伤，补给困难，战斗力锐减；另外，我军占据了有利态势，便于三面攻击，士气高昂，又长于运动战、山地战、游击战，可以更好地发挥我军的优势。所以，总指挥徐向前通过全面分析，认为把反攻的作战目标选择为左路之敌更为有利。在红四方面军总部召开的军事会议上，大家一致同意了总指挥徐向前的决定。具体部署是：由第十一师担任自空山坝以北向敌左侧迂回，断敌退路的任务；第十师、第十二师主力从空山坝以东及长坪地区向敌右翼实施攻击：第七十三师仍紧守通向空山坝的咽喉之地大骡马、小骡马、小坎子等阵地，待战机有利时，适时转入正面攻击。作战部署明确之后，各部队分头进行了反攻的各项准备工作。担任两翼进攻的部队，不顾疲劳，克服连续作战和山高坡陡的困难，迅速隐蔽地向作战地域机动，先后占领了进攻出发阵地。担任坚守任务的第七十三师阵地，是左纵队之敌的必经之路，必定是敌人进攻最为猛烈的地段，也是关系到我反攻作战成败的最重要的地段。这一地段的防守一旦被敌人突破，我反攻部署会付诸东流，整个战线全局就会陷于极为不利的境地。总指挥徐向前深知第七十三师所担负的任务的重要和关键，所以，单独向第七十三师的指挥员交代：你们那里是要命的地方噢！伤亡再大，也得顶住。你们顶得住，胜利就有希望。根据总指挥徐向前的指示，第七十三师做好了充分的思想和作战准备。
第七十三师没有辜负方面军首长的重托和期望。他们面对敌人的疯狂进攻，沉着应战，顽强抗击，灵活反击，甚至多次与敌人展开了激烈的肉搏，把冲上来的敌人一次次的消灭在阵地前沿，经五昼夜激战，阵地岿然不动，敌人没有前进一步，从而拖住和大量地消耗了敌人，同时也为我迂回侧击部队的集结和机动争取了宝贵的时间。
反击首先从东线开始。红军第十一师两个团由西线转至东线，与军第红十师两个团相配合，于5月14日晚，进至作战地区。次日拂晓，红军第十师、红军第十一师同时向竹峪关西北的包台山、佛爷山发起猛攻。战斗打响之际，红军第十师以一部兵力，直插竹峪关侧后，要断刘存厚的后路。包台山、佛爷岭守敌“不得后退一步”，一面发报给田颂尧，令其催促西线和南线各路敌军向红军阵地发起攻击，以救东线之急。当日下午，包台山首先被红军第十一师攻克，随后佛爷岭被红军第十师占领。两部红军乘胜前进，直超竹峪关。5月16日，红军第十师第三十团翻越崇山险隘，出现在竹峪关敌防线的背后，与正面攻击的红军第十一师主力对敌形成了夹击之势。刘存厚在竹峪关苦心经营的防线登时大乱，全军溃散。刘存厚见大势已去，急带几名警卫逃出竹峪关，向万源夺路而遁，红军第十师、红军第十一师一直追击了30多公里，沿途歼敌一千余人。刘存厚侥幸逃进万源城，收罗残部，深沟高垒，不敢出城再战。东线反击战至此大获全胜。红十师按方面军总部的指示，将一支小部队留驻竹峪关，担任向万源方向的警戒，主力和红军第十一师主力一起，连夜回撤至空山坝以北地区做短暂的休整，准备转入西线反击。
经短暂休整，西线反击准备完毕，按方面军总部命令，西线反击开始。5月20日晚，天下着大雨，第十一师第三十三团为先头部队，冒雨从空山坝西北的密林中边开路边前进，秘密地插到敌人战斗队形的侧后隐蔽待机，21日凌晨4时左右到达预定攻击位置，进一步做好攻击准备。第十一师后续部队也进入了攻击出发地域。当日夜，从南翼向敌右侧猛插的第十师、第十二师主力也到达了指定位置，完成了对敌人左路军的包围。总指挥徐向前见反击的部署已经完成，下达了反击命令。首先，第十一师第三十三团向空山坝西南余家湾之敌发起了突然进攻，毫无精神准备的敌人在我红军的突然攻击下，惊惶失措，急于抵抗。但此时，敌左路军总指挥孙震却组织至少有5个团的兵力向我第七十三师的正面阵地发起了猛攻，志在必得。徐向前面对敌前所未有的攻势分析到，一旦第七十三师的阵地被突破，敌人会长驱东下，我军整个反击部署将被瓦解，各反击部队反会陷入敌人的反包围之中。所以，徐向前反复思考着，要不要停止反击。反田颂尧“三路围攻”以来，第七十三师一直与敌兵力最强的左路军对抗，敌先后投入的兵力由16个团增加到25个团，我军兵力则不断消耗，有的连已经只剩下20多人，还在坚守一座山头。万一被敌人突破，不论是第七十三师，还是方面军总部，都没有预备队去支援。而那时，两翼反击部队越反越远，收不回来，越容易被敌人分割包围，各个击破！
敌人出人意料的行动，使徐向前处在两难选择之中，将反击部队收回来，当然可以加强我军正面防御，顶住敌人，但如果这样做，就意味着西线反击刚开始便失败了，全军士气将受到极大的挫伤！目前，对两军来说，都是咬牙坚持的时刻。这其中，最宝贵的不是武器和兵力总数，而是士气。只要全军昂扬的士气不减，我两翼反击部队很快就会通过大量地杀伤敌人，到达指定位置，进而立即改变战场态势。于是徐向前再一次下定决心，反击到底，决不收兵！
战场态势的发展果然向徐向前所预料的那样，当红军第十一师在敌左路军西北侧后奋勇发起攻击时，红军第十师、红军第十一师也乘势在敌西南侧后发起了猛烈突击。担任正面阻击的红军第七十三师也从阵地上反守为攻，由东向西，冲下山来，立刻扭转了西线战局。敌左路军总指挥孙震见自己部队所在的大峡谷的前后左右同时出现红军，大吃一惊，急令前沿进攻部队就地转入防御，抵抗红军第七十三师，后续兵团立即向两翼展开，占领阵地，阻击红军两路迂回部队，将包围收紧。但我攻击部队越攻越勇，士气越打越高，包围圈越缩越小，敌军心动摇，全线崩溃。经3天激战，援兵未到，被围之敌中有7个团被全歼，6个团被击溃，毙、伤俘敌师参谋长李汉城以下官兵近5000人，缴获长短枪3000余支，机枪20余挺，追击炮50余门，夺取了反攻作战的第一大胜利。继之，在赵光岭、麻石寨、乌龙垭地区又分别击溃了敌第三路第二十旅和第一师第一旅共4个团。
反围攻作战的发展态势正如总指挥徐向前战前所预料的那样，左纵队之敌遭到歼灭性打击，全线崩溃之后，给敌中纵队和右纵队之敌造成了极大的震撼，分别落荒而逃。总指挥徐向前决定全军立即转入大反攻的第二阶段。展开全线的穷追猛击，不给敌人以任何喘息之机。为此，徐向前亲自率领第七十三师、另一路第十师、第十一师南下追歼敌中右路军。第十一师向西追歼敌左路军，两路红军由柳林坝地区齐出，披星戴月，马不停蹄，奋力追赶。徐向前率部队一直赶过南江，到达木门以西，一路上俘虏敌6000多人。南线追击部队又兵分三路，一路越过通江，南下江口，一路越过巴中，西趋仪陇，一路由竹峪关南下，直指通江东南方的镇龙关，从东翼迂回南逃之敌。
6月初，企图挽回败局的田颂尧急忙抽调后方留守部队5个团进至三江坝、长池一线，用以阻止红四方面军的继续追击。6月10日夜，方面军第七十三师第二一七团的两个连偷袭并占领了敌人的险要据点华盖山，仅以轻伤2名的代价歼敌500余人。12日，三江坝守敌一个旅也仓皇溃逃，第七十三师不舍西追，15日追至旺苍坝，将该旅的大部歼灭，直逼广元城下。第十一师也于15日收复长池、木门，又在旺苍坝以东的青龙寨歼灭了敌覃世科旅的两个团，继占龙山场，逼近苍溪。战至6月15日，各路红军经过20天的勇猛追击，连克南江、通江、巴中，西线前锋逼迫嘉陵江东岸的广元，南线前锋分别逼迫仪陇、苍溪，第十二师一部长驱直入，占领了通江与巴河的汇流处江口，兵锋直逼川北军阀杨森的地盘营山和刘存厚的地盘达县。至此，反“三路围攻”战役，以红军全胜而告结束。
红四方面军在空山坝以南地区的反击战和其后的追击战中，指挥正确，机动灵活，勇猛冲杀，穷追猛打，使四川军阀部队闻风丧胆，落魂难撑，完全失去了抵抗能力，败退如山倒，而红四方面军则在战斗中不仅夺回了失去的根据地，也使部队无论是战术指挥，还是作战能力，都得到了空前的提高，根据地的人民也经受了考验，受到了锤炼。由此，为红四方面军的发展壮大，为建立巩固的革命根据地奠定了重要的基础。
应该说，反田颂尧的“三路围攻”，是红四方面军入川后进行的关系红军生死存亡的一场关键性战役，并从根本上改变了川北斗争的形势。战役持续时间4个月，红军歼敌24000多人，缴获长短枪8000余支，机枪200余挺，追击炮50多门，田颂尧苦心经营的势力被消灭了三分之一，精锐尽失，被迫退守广元、苍溪、阆中、仪陇一线，不敢再言“收复通、南、巴”。******闻田颂尧惨败，气极之下撤销了他的“川陕剿匪督办”的头衔。这位败军之将此时方知上了******及川省各路军阀的大当，痛心疾首，一边下令川北各县“官绅民众戒除宴乐，以示哀悼”，一面大骂各路军阀隔岸观火，坐视不救，扬言要放弃阆中：“让大家都过不成清静日子！”原想火中取栗的杨森见红四方面军真的打到了大门口，急忙派人与红军联络，要求秘密签约，“互不作战”。刘存厚迫于红军的兵势，向后收缩防御，转攻为守，不敢再进犯根据地和红军。此次战役，红四方面军不仅收复了所有失地，而且还向东、南、西三个方向将苍溪、广元、仪陇、万源的一部分并入了苏区。川陕根据地面积扩大了一倍。总面积达3万平方公里，人口达到2百万。失去鄂豫皖苏区之后仅此一战，红四方面军即在川北站稳了脚跟，从此，川陕根据地也进入了兴旺发达的阶段。