8月初，唐式遵獲知紅軍存糧將盡，日食麵糊僅二餐仍不能保證，有時隻能吃些山果、野菜和半生不熟的土豆充饑。又鑒於劉湘嚴令和重賞，便加緊策劃第三階段總攻：以第1師和王三春、陳國樞部進攻甑子坪、花萼山，迂回萬源東側；
    以第6路的廖震、汪鑄龍兩部進攻南天門，迂回萬源西側；
    以第2、3師等部向萬源正麵的大麵山、孔家山等地進攻。同時，劉湘還令其他各路軍閥全力配合唐式遵總攻萬源。
    8月6日拂曉，唐式遵向第5、6路發出總攻令，並發誓：“要在日內將萬源攻下！”這次采取大縱深、多梯隊的人海戰術，在強大的炮火準備後，命令各旅、團長督率營以下軍官組成的敢死隊打前陣，又以整團的兵力緊隨其後輪番攻擊。紅軍指戰員在戰鬥中逐漸摸到了唐式遵部隊“一轟、二攻、三鬆”的進攻規律，沉著應戰，近戰殲敵，打退了唐式遵數次進攻。
    攻勢受挫，唐式遵又調整部署，以第3師師長許紹宗指揮第1、7兩旅專攻老鷹寨；
    以第6路廖震師附獨立第1團楊勤安部專攻大麵山；
    又派出數股部隊進行遊擊，牽製紅軍兵力。激戰至晚，紅25師予敵以沉重打擊後，撤至大麵山主陣地。當晚，唐軍在在紅軍陣地前駐守，並紛紛扯起雨布，倒在一起抽大煙。許世友又笑了！
    他笑的結果是，指戰員瞄準唐軍忽明忽暗的煙槍火光，練習夜間實戰射擊；小分隊偷襲敵人，這夜，唐軍怎能睡好？
    8月7日晨，唐式遵令兩個旅輪番進攻紅25師第75團防守的青山陣地。團長韓東山指揮3個連頑強抵抗。敵人憑借優勢兵力，很快突入紅75團部分陣地。韓東山急令團第二梯隊投入戰鬥，在友鄰部隊的配合下，終於打退了敵人兩個旅的進攻。
    大麵山陣地。
    唐式遵以4個旅的兵力輪番猛攻紅73團陣地。紅軍前沿陣地僅有2個連，戰鬥不久，前沿防禦物鹿砦、木城起火。敵廖震師乘勢突破了紅軍兩道戰壕，陳嶽指揮該旅攻至紅73團主陣地，距許世友的師指揮所老鷹寨僅200多米。許世友急令第73團團長劉理運：“把敢死營拉上去，一定要把敵人打回去！”
    劉理運率敢死營與前沿紅軍用大刀和手榴彈將突入陣地的敵人趕出了陣地。
    此時許紹宗趁紅軍在大麵山、青山激戰之時，指揮彭煥章的第1旅和趙鶴的第7旅從紅73團和紅75團結合部突入紅軍陣地，兩旅的先頭部隊攻至老鷹寨紅25師指揮所山腳下。戰況十分危急！
    許世友果斷命令第74團團長潘幼卿：“按照預定方案出擊，堅決把突進來的敵人吃掉。73、75團用火力支援你們！”
    當精疲力竭的敵人剛接近老鷹寨時，紅74團以突然而猛烈的火力給敵以沉重打擊，許世友以按捺不住戰鬥的激情，舞著大刀，叫道：“乘敵混亂之際發起反擊！”率領師直屬分隊殺向敵人。
    戰鬥激烈，突入老鷹寨的敵人被全殲。許紹宗見勢不妙，急率部退回原陣地。
    當日傍晚，唐式遵向紅25師攻擊的勢頭減弱。許世友抓住時機，命令全師全線反擊，唐軍狼狽後退。紅軍乘勝追殺敵人七八裏，將敵人趕至大麵山山下的白沙河邊。
    8月7日，玄祖殿陣地上，唐式遵以兩個旅的兵力向紅12師發起多次進攻，毫無進展。下午，紅軍乘敵煙癮發作，腿酥腳軟之時，組織多路出擊，將進攻之敵打退。堅守花萼山等地的紅軍也打退了敵人的進攻。
    至此，劉湘以奪取萬源為目的的第四期總攻失敗。紅軍經過70餘日的艱苦防禦作戰，大量消耗了敵人的有生力量，僅第5路軍在萬源的3次總攻中就被殲14000餘人。
    此時，西線紅軍也牽製住敵人，逐次收緊陣地，退守通江平溪壩一線。西線各路軍閥部隊在紅軍節節抗擊中損失慘重，兵疲力竭，與紅軍形成對峙。
    熱天熱大家，冬天冷個人。不知是天佑紅軍抑或紅軍苦練有加？暑疫在川軍中流行，減員甚多。前方的物資供應因民夫逃跑而發生困難。
    前線士兵，形同乞丐。川軍士氣十分低落，逃亡不斷。第1師師長廖震給劉湘報告說：“崇山峻嶺，溽暑炎蒸，疫病叢生，遺屍載道。傷亡既眾，無法補充，勇氣消沉，兵無鬥誌。官長恒多自戕，士兵日益逃亡，考察各連兵員情況，多者不過30名，少者僅十餘名，加以千裏饋糧，師不宿飽，怨氣四起，嘩潰甚虞。職等處此危局，莫展一籌，唯懇總指揮唐，星夜派隊前來接替防務，並懇總司令劉、軍長劉，將職師殘部明令解散……”
    其他各路軍閥之間更是矛盾重重，各心存取巧，各圖私利，號令不行，指揮不動，進則各爭地盤，退者互相詆毀。鄧錫侯更怕孤軍深入被殲，令所部停止攻擊，於通江河右岸按兵不動，所部中上級軍官多到後方輪番休息。劉湘精心拚湊起來的六路部隊已難維持，瀕臨瓦解。8月7日以後，劉湘被迫變攻為守，無力再攻萬源。
    與此同時，西線紅31軍、紅4軍一部在南起通江城附近，北至小通江河一線陣地上，多次擊退了敵李家鈺、楊森、範紹增、陳蘭亭、潘文華部的進攻，與敵在西線陣地上形成對峙。
    7月15日，西線紅軍趁潘文華暫編第2師彭韓部與楊森部交接防地之機，一舉攻占簡家山，直逼通江城下，有力地配合了萬源保衛戰。
    紅四方麵軍經過8個月反圍攻作戰，殲敵近40000人，在萬源一線主要陣地上經常保持著5個營的部隊參戰，大量主力部隊處在休整和待機狀態。整個戰場的形勢發生了有利於紅軍反攻的變化。
    在黨和蘇維埃政府領導下，廣大農民分得土地，把豐收了的穀子和部分早熟的玉米碾成大米和麵粉支援前線，自己卻用野菜和洋芋充饑。婦女會積極為紅軍編織竹麻草鞋。一首首歌謠表現了人民擁紅的熱情：“三載長工兩吊錢，上街買回一片棉，媽媽給我做棉衣，我送棉衣紅軍穿﹗”
    各縣婦女運輸連將籌集的糧食和草鞋源源不斷地送往前線。
    1400餘名兵工夜以繼日地加班生產，修好了大批槍械，生產了大量子彈和手榴彈及迫擊炮彈。紅軍糧彈不足的困難得到了緩解。
    根據地的青壯年積極參加紅軍，紅軍兵員得到了及時補充。一首歌謠反映了根據地人民送親人參軍上前線殺敵的情景：“哥打劉湘就要走，炒盤胡豆煨壺酒，燒酒吃了膽子有，上陣狠狠殺白狗！”
    8月8日，萬源軍事會議上，紅四方麵軍總部研究了反攻的主要方向和突破口。決定首先集中兵力從東線開始反攻，擊破敵主力唐式遵第5路，然後再轉師向西，橫掃第1、2、3、4路敵人。張國燾根據宋侃夫從電台偵聽到的情報，提議以青龍觀為反攻的突破口，得到了大家的讚同。
    紅四方麵軍總部發出通令，嘉獎萬源前線部隊，並向全軍宣告：“乘勝反攻的時機也已成熟了！”
    為了奪取反攻初戰的勝利，徐向前指示紅31軍274團派出偵察組，采取各種手段查明敵人的部署。不放心，又親自多次到南天門、青龍觀一帶勘察地形。
    青龍觀位於萬源城西南70裏的崇山峻嶺之中，矗立在南天門對麵，正麵隻有一條小路，兩側是懸崖峭壁，地形十分險要，易守難攻，有“一夫當關萬夫莫開”之勢。東麵是清花溪，山高崖陡，無路可上；山北碗櫃崖、天鵝抱蛋一帶，山勢陡峭，險石林立，青苔長滿石頭，搭腳即滑，峽口風洞，怪聲呼嘯。
    勘察中，徐向前遇當地一位60多歲采藥的農民，告訴這裏有小路可走，懸崖上掛滿了又粗又長的葛藤，穿上腳碼子，帶上鐵鉤長繩，是能夠爬上青龍觀的。
    偵察回報，青龍觀守敵為第6路汪鑄龍師的周建辰旅的兩個團，憑借地勢險要，料定紅軍插翅難上，故防守不嚴。該敵屢遭紅軍痛擊，已是驚弓之鳥，加之給養補充困難，士無鬥誌，且與總指揮唐式遵貌合神離。該敵東麵有第5路主力3個師，西麵是範紹增的第4師。
    徐向前對敵情、地形進行反複比較和深入研究，又廣泛聽取了幹部、戰士的意見，決定派一支部隊從山北攀崖而上以突破，並迅速向敵縱深發展，配合主力部隊將敵第6路截為兩段，以此動搖敵人整個防線，爾後迅速穿插，左右卷擊敵人。
    遠在後方的張國燾看著地圖，打電話給徐向前，堅持要紅軍從青龍觀東麵實施突破。徐向前向他說明了敵我部署和地勢情況後，張國燾仍堅持從東麵突破。方麵軍政委陳昌浩接過電話，表示支持徐向前的意見，張國燾才放棄了錯誤主張。
    徐向前決定采取夜襲突破，大縱深迂回包抄的戰法，迅速粉碎敵人的圍攻。為此，總指揮部製定了反攻部署：
    由31軍第93師、4軍第第10、11師及9軍第25、26師共14個團組成第1梯隊，擔任突破敵人防線的任務；
    由30軍第88師、90師和33軍第99師組成第2梯隊協同第1梯隊向敵縱深發展，迂回殲敵；
    其餘部隊繼續堅守陣地，相機轉入反攻。奇襲青龍觀的任務，由擅長近戰、夜戰的第93師274團執行。