韓德勤視新四軍退讓為軟弱，決定進攻黃橋，吃掉新四軍。他于9月30日命其部兵分3路撲向黃橋。10月4日上午，韓軍第三十三師首先向黃橋東門發(fā)起強攻，先后攻克黃橋東面的小焦莊和發(fā)電廠。至下午2時，向東門的進攻進入高潮，第三十三師先后7次沖到東門，雙方反復爭奪，戰(zhàn)斗呈白熱化。下午3時，從高橋南下的翁達獨六旅前鋒已抵達黃橋以北3公里處，完全進入新四軍設伏地帶。預伏之葉飛第一縱隊立即分路出擊，將獨六旅切成數截，首先攻擊其旅部和后衛(wèi)團，迫使其先頭團回援，然后以一部從側翼迂回到獨六旅后方，趁勢將該旅包圍。經3小時激戰(zhàn)，全殲獨六旅，中將旅長翁達自殺。

第三十三師為扭轉不利局面，仗著人多、彈藥充足，拼命猛攻東門，守軍防御工事大部被密集炮火摧毀，部隊傷亡甚大。韓軍曾一度攻進東門。第三縱隊司令陶勇和參謀長張震東親自揮動馬刀，率領部隊硬是把韓軍殺出東門，然后架起機槍，將韓軍死死頂住在東門外。在中共蘇北區(qū)委的組織下，黃橋及周圍地區(qū)民眾紛紛成立擔架隊、糾察隊，掀起了支援前線、保衛(wèi)黃橋的熱潮。鎮(zhèn)上60多家燒餅鋪的工友日夜趕做燒餅支援新四軍。5日夜半時分，粟裕見時機成熟，命王必成率第二縱隊切入韓軍背后，斷其歸路。葉飛率第一縱隊不顧激戰(zhàn)獨六旅后的疲勞，揮師南下，奮力攻擊第八十九軍司令部。陶勇亦從三縱守備部隊中抽出力量，把包括炊事員在內的所有人員組織起來，從黃橋的東門及其兩側正面出擊，完成了對韓部第八十九軍的合圍。經一夜激戰(zhàn)，至6日清晨將該軍全殲。中將軍長李守維乘馬逃跑時失足落水溺斃。此戰(zhàn)，新四軍以少勝多，殲滅韓軍主力12個團及保安旅一部，共計1.1萬余人，俘韓部師、旅長以下軍官600余人，繳獲步馬槍3000余支、手槍200多支、重機槍24挺、輕機槍135挺、炮8門，還有大量軍需物資。

黃橋戰(zhàn)役的結果，使蘇北國共之間力量對比發(fā)生了根本變化。新四軍掌握了政治上和軍事上的主動權，在蘇皖廣大敵后地區(qū)建立起根據地。