当起义军抵近潮汕时，才发觉黄绍竑所部第七团已经由江西直入广东平远县，虎视眈眈地盯住了起义军。
如果起义军此时立即回师进攻这一股敌人，还有可能固守广东。可是长途跋涉的部队到了潮汕后，忙于开会、筹款、建立政权，延误了几天才集中兵力开入揭阳，再转向兴宁。
这时候，李济深又加添了8团主力军到达兴宁，与敌黄绍软所部七团，钱大钧部两个团，以及敌何辑五的潮汕守备队约两个团，互相连结起来，遥相呼应。
而起义军战斗力最强的二十五师已驻守在三河坝。从那里赶来至少也要数天的路程。天各一方的起义军大有被分割吃掉的危险。在事后的报告里，叶挺说他曾“提议放弃潮汕，集中我们兵力，并将多余空枪悉运至海陆丰一带交给农民军，但此提议因负责同志不赞成”而未被采纳。相反一些领导人却又决定将起义军进行第二次分兵：由周逸群率领第二十军第三师，以及从叶挺部队中抽出一部分人马，以警卫潮汕；其余部队在叶挺、贺龙率领下，向揭阳进发。
这样，起义部队经过辗转南下，已严重减员，到广东大埔时已不满1万人；在三河坝、潮汕又两次分兵，剩下兵力就更少了，仅有五六千人，况且均已是疲劳之师，面对前来堵截围攻之强敌，己处于明显的下风口了。
刘伯承也是较早意识到濒临危险的将领之一。行军途中他就做过一个针对李济深的军事计划，可惜到了潮汕，他的计划被搁置一边了。原因如他后几个月所说的：“有些在政治方面的同志，忽视军事他说，军事不成问题，只看政治如何主张。而武装同志大多数感两月长途困苦，一见繁华的潮汕，不免有留连休息筹款给兵之表现。非同志之表现尤为不好，怠慢迟延，本来可24日集中揭阳者，竟至27日尚未完全集中，这是我军遭大大失败的罪过。”“非同志”指后来缴械的第二师师长贺锦斋等。
9月26日傍晚，起义军第十一军第二十四师和第二十军第一师在叶贺率领之下，会合了彭湃领导的农民自卫军，进入揭阳城。
因敌王俊部已于上午向山湖退却，故起义军是兵不血刃而进驻揭阳城的。叶、贺的指挥部设在揭阳城于学宫明伦堂，彭湃驻原商民协会办公处。
当天下午，周恩来和郭沫若从汕头赶来，与叶、贺、彭等在彭湃住处楼上开军事会议，部署进军计划。
是晚，贺龙布置作战任务，彭湃同新成立的县工农委员会商讨后勤支援，叶挺则去出席在东校场召开的军民联欢大会，并作演讲。回来后，他又召开二十四师连以上干部会议，讲了当前的敌情：“广东李济深调集了他的手下陈济棠、徐景唐、薛岳各师到东江地区，兵力有1万人以上，企图围堵我们。从情报看，目前我们的当面之敌有1000多人，以我们的6000之众打下他们还是有把握的。只要大家继续发扬会昌战斗中奋勇歼敌的革命精神，一定能把敌人打败！”可惜这是一个错误的情报。实际上敌人是4个主力师，并占据有利地形严阵以待。起义军的兵力只有当面之敌的三分之一。
所以 27日凌晨，起义军向山湖、汤坑方向挺进时，既威武又壮观。成千工农运输粮弹，肩挑船运，水陆并进：2000多农民赤卫队，分路驰赴战场，协助战勤和警戒，声势浩大。所以上午行军40多里，竟未遇敌踪。
下午，二十四师最先与一小股敌军遭遇，投入战斗以后，这股敌人便夺路而逃，二十四师顺势追击。
叶挺从火线上下来，向总指挥部报告前方的情形时，仍很乐观，据他的估计，至多再有三四个小时，就可以把敌人解决了。他这一说，总指挥部里顿时充满了喜悦的空气。
二十四师确实打得很干脆，他们迂回敌军侧后，一个猛打，只一个多钟头，把王俊旅打得溃不成军，残部向汤坑方向逃去。起义军于午后3时许，全部占领王俊部阵地，贺龙、叶挺的指挥部移至潭岭山。
因为起义军不知王俊背后还有大部队，且初战告捷，士气正盛，没有多想便乘胜追击。这一追就遇上了大敌薛岳。
薛岳与起义军交过手，败将一个。可这次他仗人多势众，且有援兵即至，所以有恃无恐。特别是王俊部败退下来时，他还在山头上大骂王俊草包。当起义军前进到一片低谷地，敌人火力猛射过来，逼得潭岭山上贺龙的指挥部数次转移位置，常常是刚刚挪开，就有数十发炮弹落在原地爆炸。
战斗越打越激烈，起义军派出几支小部队冲击敌前沿阵地，但因后续部队被敌火力封锁而被迫退下。这样反复冲杀多次，激战至深夜终不得手。午夜后，二十四师一部由当地赤卫队员带路，利用蔗园坎坷，迂回敌军右翼，渗透接敌，配合正面强攻。
到28日凌晨，起义军终于攻占薛部所占的竹竿山及右翼丘陵阵地，前锋部队乘胜向分水村前进，拟抢占了望岽一带山地。薛岳没有笑到最 后便被别人笑了。两战两捷的叶挺将军真有点打疯了的味道。他的头脑已经发热，即使面前出现铜墙铁壁他也决不会回头！胜利像一颗彩球一样诱人。
薛岳败退后，陈济棠部又上来了。他是接到李济深之命，来支援薛、王两部的。他的十一师已于前一天到达汤坑，于拂晓前展开，占领大部山地。因为此处旱地与水田交错，多是甘蔗田，彼此展望困难，一旦发现，已成短兵相接。当二十四师大部兵力冲至山腰时，由揭阳开来的二十军二师四、五两团赶到，顿增生力，敌人纷纷溃退，起义军得以完全占领前面一座高山。
不料，占山之后，敌人又进入另一高山与之对峙，自中午12时起至晚上9时，敌人仍顽抗不退。这时战斗像两股互相冲击的潮水，一波淹过去，又一波冲过来，双方冲来冲去，形成拉锯战。你拿手榴弹打过来，我拿手榴弹丢过去，双方伤亡均惨重，仍难分胜负。敌人兵力约有1.5万人，3倍于起义军。
28日的激战，萧克上将是参加者。他回忆过他所在的第七十一团第二营的战况，那是一幕血与火的悲壮史诗：
第七十一团第二营在廖快虎营长的指挥下，和一营协同，各连利用地形展开，冒弹雨突进。威震敌胆的号音和战士们的喊杀声交织在一起，一举突破敌人的阵地，敌向后溃退，俘敌二三十人，缴获重机枪一挺。我二营战士追出半里之遥，进至敌扼守的高山下，仰攻敌阵。这时敌人大队从山上反击下来，我们又退回原阵地。廖营长把队伍稍加整理，指挥迎击敌人。敌人以优势兵力扑来，我二营坚决抗击，双方伤亡很大。后终因众寡悬殊，二营阵地失守，退至团部阵地。廖营长制止退却，按建制集结，他命令比较整齐的八连和四连，立即反冲击，一定要夺回阵地。两个连分路前进，廖营长随队督战，终于又把二营的阵地夺回来了。敌人从田垄对面猛烈射击，廖营长中弹倒下了，传令兵扶他，他以顽强的毅力坐在自己的阵地上，面对着敌人，向战友们示意：固守阵地！固守阵地！然后，闭上眼睛，又倒下了。
已经是28日后半夜了，叶挺在指挥所里不安地走来走去。副官送来了一些饼干和牛奶，指挥员们边吃边议论敌情。
叶挺提议：看来敌人难以一下击溃，进行夜袭吧。以二十四师的七十一、七十二两团为主攻，二十军的一、二师掩护，以火焰为号。
天快亮了，仍未见山头有火光点起。叶挺带着参谋人员走出指挥所去观看，正遇上冲下山的敌人的射击，子弹纷纷飞来，他们只好回到房子里。叶挺和刘伯承等人商量。
刘伯承恳切他说：“不能再打了，我军伤亡太大，官兵算在一起，死伤足有2000人，已无力再战了。”同时他还将在战地上拾得的敌军计划，拿给叶挺看，这才知道敌军后续兵力远比预计得多。
叶挺本想再冲一次，现在只好放弃，同意部队撤退。
3天3夜，许多人只啃了几块饼干，喝了点凉水。退下来后抓紧吃几口饭。二十四师教导大队第三队开饭时，一集合报数，只剩下40多人，伤亡了一大半。老炊事员看到只有40来人吃饭，以为还有部队在前线没下来，把饭留在一边。有人告诉他，不要留了，这些同志回不来了。老炊事员一听，眼圈一红，当场哭出声来。叶挺也蹲在队伍里吃饭，听到炊事员哭，心如刀割，很心烦地瞥了一眼老炊事员，说：“哭什么，打仗总会有牺牲的，我们的队伍还在扩大，你说不定哪一天还会当连长呢！”吃完饭，部队集合起来向潮汕方向撤退。
战士们不肯撤，也不服气：“我们并没有打败，为什么撤退？”干部也是一肚子气：“丢那妈！老子自从吃军粮以来，向后退还是第一次！”
二十四师的士兵更看重铁军的荣誉，在撤退路上骂开了：“为什么要退？丢那妈，何不拼他个鱼死网破，革命军的名誉就这样丢了？”不情愿撤退和急于撤退的士兵形成两股漩流，秩序有些乱。
贺龙骑在一匹高头大马上，紧勒着缰绳，战马在原地打转。他冲着军官们高声喊道：“同志们，这10年是我垮了又来，再垮再干，越干越大，为什么？就因为我干的是革命，不怕失败。干革命，人民就拥护。我们可能被杀，人民却永远杀不绝。现在情况很严重，我只有两句话：第一，留得青山在，不怕没柴烧；第二，宁可站着死，不能跪着活！”大队人马开始有序撤退。
敌人并没有追击。原来陈济棠开始没把起义军放在眼里，双方一交手，他发现和他对抗的不是他的上司交代的那样，对方是些乌合之众。两军绞杀在一起，谁也占不了便宜，他的代理团长吴永泰素以英勇善战著称，此时已战死在阵地上，他的周围是数不清的士兵的尸体。他是捏着一把汗在山头上坚持着。天亮以后，起义军竟开始撤退。他有些纳闷：叶挺向来是血战到底的，怎么不败而走了呢？他不敢追，怕落入陷阱。
阵地在退尽的硝烟中一片狼藉。
撤下来怎么办？革命委员会和参谋团并没有下撤退命令，也没有指示向哪里走。他们向潮汕撤退途中，碰到贺龙的一个副官，他说，潮州丢失了，汕头也不能保，革命委员会向海陆丰转移了。
十一军党代表聂荣臻和叶挺商量，向哪里去？
叶挺说：“向海陆丰去也不是办法，因为二十四师伤亡太大，二十五师又被隔在三河坝失掉联系，我们向海陆丰，越走离二十五师越远，这样不行。”
“你的意见呢？”
“向福建去，那里敌人薄弱，只有张贞的一个师，没有多少战斗力，我们又可以找到二十五师，带上他们一块走。”
聂荣臻觉得叶挺的主张也对，叶挺跟随孙中山的时候，在福建搞过革命，那里的情况他了解，是个好主意。可又一想，作为党代表，不能不慎重，思索再三，他表示：“这样不行，我们没有得到命令，这样一走，不就成了各走各的，单独行动了吗？没有命令擅自行动可不行啊！我们还是找到前委再说吧。”
于是，他们就掉头向西，经过揭阳到达流沙。