8月初，唐式遵获知红军存粮将尽，日食面糊仅二餐仍不能保证，有时只能吃些山果、野菜和半生不熟的土豆充饥。又鉴于刘湘严令和重赏，便加紧策划第三阶段总攻：以第1师和王三春、陈国枢部进攻甑子坪、花萼山，迂回万源东侧；
    以第6路的廖震、汪铸龙两部进攻南天门，迂回万源西侧；
    以第2、3师等部向万源正面的大面山、孔家山等地进攻。同时，刘湘还令其他各路军阀全力配合唐式遵总攻万源。
    8月6日拂晓，唐式遵向第5、6路发出总攻令，并发誓：“要在日内将万源攻下！”这次采取大纵深、多梯队的人海战术，在强大的炮火准备后，命令各旅、团长督率营以下军官组成的敢死队打前阵，又以整团的兵力紧随其后轮番攻击。红军指战员在战斗中逐渐摸到了唐式遵部队“一轰、二攻、三松”的进攻规律，沉着应战，近战歼敌，打退了唐式遵数次进攻。
    攻势受挫，唐式遵又调整部署，以第3师师长许绍宗指挥第1、7两旅专攻老鹰寨；
    以第6路廖震师附独立第1团杨勤安部专攻大面山；
    又派出数股部队进行游击，牵制红军兵力。激战至晚，红25师予敌以沉重打击后，撤至大面山主阵地。当晚，唐军在在红军阵地前驻守，并纷纷扯起雨布，倒在一起抽大烟。许世友又笑了！
    他笑的结果是，指战员瞄准唐军忽明忽暗的烟枪火光，练习夜间实战射击；小分队偷袭敌人，这夜，唐军怎能睡好？
    8月7日晨，唐式遵令两个旅轮番进攻红25师第75团防守的青山阵地。团长韩东山指挥3个连顽强抵抗。敌人凭借优势兵力，很快突入红75团部分阵地。韩东山急令团第二梯队投入战斗，在友邻部队的配合下，终于打退了敌人两个旅的进攻。
    大面山阵地。
    唐式遵以4个旅的兵力轮番猛攻红73团阵地。红军前沿阵地仅有2个连，战斗不久，前沿防御物鹿砦、木城起火。敌廖震师乘势突破了红军两道战壕，陈岳指挥该旅攻至红73团主阵地，距许世友的师指挥所老鹰寨仅200多米。许世友急令第73团团长刘理运：“把敢死营拉上去，一定要把敌人打回去！”
    刘理运率敢死营与前沿红军用大刀和手榴弹将突入阵地的敌人赶出了阵地。
    此时许绍宗趁红军在大面山、青山激战之时，指挥彭焕章的第1旅和赵鹤的第7旅从红73团和红75团结合部突入红军阵地，两旅的先头部队攻至老鹰寨红25师指挥所山脚下。战况十分危急！
    许世友果断命令第74团团长潘幼卿：“按照预定方案出击，坚决把突进来的敌人吃掉。73、75团用火力支援你们！”
    当精疲力竭的敌人刚接近老鹰寨时，红74团以突然而猛烈的火力給敌以沉重打击，许世友以按捺不住战斗的激情，舞着大刀，叫道：“乘敌混乱之际发起反击！”率领师直属分队杀向敌人。
    战斗激烈，突入老鹰寨的敌人被全歼。许绍宗见势不妙，急率部退回原阵地。
    当日傍晚，唐式遵向红25师攻击的势头减弱。许世友抓住时机，命令全师全线反击，唐军狼狈后退。红军乘胜追杀敌人七八里，将敌人赶至大面山山下的白沙河边。
    8月7日，玄祖殿阵地上，唐式遵以两个旅的兵力向红12师发起多次进攻，毫无进展。下午，红军乘敌烟瘾发作，腿酥脚软之时，组织多路出击，将进攻之敌打退。坚守花萼山等地的红军也打退了敌人的进攻。
    至此，刘湘以夺取万源为目的的第四期总攻失败。红军经过70余日的艰苦防御作战，大量消耗了敌人的有生力量，仅第5路军在万源的3次总攻中就被歼14000余人。
    此时，西线红军也牵制住敌人，逐次收紧阵地，退守通江平溪坝一线。西线各路军阀部队在红军节节抗击中损失惨重，兵疲力竭，与红军形成对峙。
    热天热大家，冬天冷个人。不知是天佑红军抑或红军苦练有加？暑疫在川军中流行，减员甚多。前方的物资供应因民夫逃跑而发生困难。
    前线士兵，形同乞丐。川军士气十分低落，逃亡不断。第1师师长廖震给刘湘报告说：“崇山峻岭，溽暑炎蒸，疫病丛生，遺尸载道。伤亡既众，无法补充，勇气消沉，兵无斗志。官长恒多自戕，士兵日益逃亡，考察各连兵员情况，多者不过30名，少者仅十余名，加以千里馈粮，师不宿饱，怨气四起，哗溃甚虞。职等处此危局，莫展一筹，唯恳总指挥唐，星夜派队前来接替防务，并恳总司令刘、军长刘，将职师残部明令解散……”
    其他各路军阀之间更是矛盾重重，各心存取巧，各图私利，号令不行，指挥不动，进则各争地盘，退者互相诋毁。邓錫侯更怕孤军深入被歼，令所部停止攻击，于通江河右岸按兵不动，所部中上级军官多到后方轮番休息。刘湘精心拼凑起来的六路部队已难维持，濒临瓦解。8月7日以后，刘湘被迫变攻为守，无力再攻万源。
    与此同时，西线红31军、红4军一部在南起通江城附近，北至小通江河一线阵地上，多次击退了敌李家钰、杨森、范绍增、陈兰亭、潘文华部的进攻，与敌在西线阵地上形成对峙。
    7月15日，西线红军趁潘文华暂编第2师彭韩部与杨森部交接防地之机，一举攻占简家山，直逼通江城下，有力地配合了万源保卫战。
    红四方面军经过8个月反围攻作战，歼敌近40000人，在万源一线主要阵地上经常保持着5个营的部队参战，大量主力部队处在休整和待机状态。整个战场的形势发生了有利于红军反攻的变化。
    在党和苏维埃政府领导下，广大农民分得土地，把丰收了的谷子和部分早熟的玉米碾成大米和面粉支援前线，自己却用野菜和洋芋充饥。妇女会积极为红军编织竹麻草鞋。一首首歌谣表现了人民拥红的热情：“三载长工两吊钱，上街买回一片棉，妈妈给我做棉衣，我送棉衣红军穿﹗”
    各县妇女运输连将筹集的粮食和草鞋源源不断地送往前线。
    1400余名兵工夜以继日地加班生产，修好了大批枪械，生产了大量子弹和手榴弹及迫击炮弹。红军粮弹不足的困难得到了缓解。
    根据地的青壮年积极参加红军，红军兵员得到了及时补充。一首歌谣反映了根据地人民送亲人参军上前线杀敌的情景：“哥打刘湘就要走，炒盘胡豆煨壶酒，烧酒吃了胆子有，上阵狠狠杀白狗！”
    8月8日，万源军事会议上，红四方面军总部研究了反攻的主要方向和突破口。决定首先集中兵力从东线开始反攻，击破敌主力唐式遵第5路，然后再转师向西，横扫第1、2、3、4路敌人。张国焘根据宋侃夫从电台侦听到的情报，提议以青龙观为反攻的突破口，得到了大家的赞同。
    红四方面军总部发出通令，嘉奖万源前线部队，并向全军宣告：“乘胜反攻的时机也已成熟了！”
    为了夺取反攻初战的胜利，徐向前指示红31军274团派出侦察组，采取各种手段查明敌人的部署。不放心，又亲自多次到南天门、青龙观一带勘察地形。
    青龙观位于万源城西南70里的崇山峻岭之中，矗立在南天门对面，正面只有一条小路，两侧是悬崖峭壁，地形十分险要，易守难攻，有“一夫当关万夫莫开”之势。东面是清花溪，山高崖陡，无路可上；山北碗柜崖、天鹅抱蛋一带，山势陡峭，险石林立，青苔长满石头，搭脚即滑，峡口风洞，怪声呼啸。
    勘察中，徐向前遇当地一位60多岁采药的农民，告诉这里有小路可走，悬崖上挂满了又粗又长的葛藤，穿上脚码子，带上铁钩长绳，是能够爬上青龙观的。
    侦察回报，青龙观守敌为第6路汪铸龙师的周建辰旅的两个团，凭借地势险要，料定红军插翅难上，故防守不严。该敌屡遭红军痛击，已是惊弓之鸟，加之给养补充困难，士无斗志，且与总指挥唐式遵貌合神离。该敌东面有第5路主力3个师，西面是范绍增的第4师。
    徐向前对敌情、地形进行反复比较和深入研究，又广泛听取了干部、战士的意见，决定派一支部队从山北攀崖而上以突破，并迅速向敌纵深发展，配合主力部队将敌第6路截为两段，以此动摇敌人整个防线，尔后迅速穿插，左右卷击敌人。
    远在后方的张国焘看着地图，打电话给徐向前，坚持要红军从青龙观东面实施突破。徐向前向他说明了敌我部署和地势情况后，张国焘仍坚持从东面突破。方面军政委陈昌浩接过电话，表示支持徐向前的意见，张国焘才放弃了错误主张。
    徐向前决定采取夜袭突破，大纵深迂回包抄的战法，迅速粉碎敌人的围攻。为此，总指挥部制定了反攻部署：
    由31军第93师、4军第第10、11师及9军第25、26师共14个团组成第1梯队，担任突破敌人防线的任务；
    由30军第88师、90师和33军第99师组成第2梯队协同第1梯队向敌纵深发展，迂回歼敌；
    其余部队继续坚守阵地，相机转入反攻。奇袭青龙观的任务，由擅长近战、夜战的第93师274团执行。