根据军团首长的决定，粟裕提出了以下作战部署：从乌泥关起，先遣队沿公路两侧自南而北，按十九师、二十师的顺序设伏。十九师战斗力较强，配置在上峰，除以1个连兵力控制乌泥关制高点外，主要兵力部署在乌泥关以北，与二十师阵地衔接。二十师以1个营构筑工事，坚守谭家桥正面。军团教导团在公路两侧布设“挨丝炮”(土地雷)。军团指挥所设于钟鼓山麓一幢民房里(今属谭家桥镇中墩村前门组)，后勤机关设于西谭至留杯荡一线，在麻川河东侧一线高地部署警戒和掩护部队。待敌通过乌泥关，全部进入设伏地域后，即行封锁乌泥关口，断敌退路，阻击援敌。二十师会同十九师部分兵力，迅即对敌拦腰出击，将其大部歼灭在公路上。
12月14日凌晨1时，先遣队各部进入阵地。6时，敌俞济时部从汤口出动，向谭家桥方向进逼。
上午9时许，敌前卫部队进抵距谭家桥约3公里处。因红军一新战士不慎走火，受惊的敌军立即停止前进，迅速以1个营占领乌泥关东南一带高地，其余在公路两侧展开，并将情况飞报旅部。此时，红军以迅雷不及掩耳之势，发起猛烈进攻，敌军陷入混乱，团长、团副均被打伤。但由于开火过早，红军对敌未形成完全包围态势，加之战斗中未按计划将十九师主力配置在石门岗以北，而摆到石门岗以南的乌泥关一带，地处悬崖峭壁，兵力展不开，未能迅速分割敌军，战场形势逐渐转为不利。
俞济时得悉前卫遭伏击，急令补充第一旅第三团抢占蛇形山西南端高地，同时以第一团占领乌泥关地域策应。敌第三团以1个营固守蛇形山高地，紧靠第二团战斗;另派1个营从黄狮坦附近爬上石门岗中间的山脊，包抄过来，夺去红十九师仅有1个连把守的石门岗制高点。同时，布守公路两侧的敌前卫部队，在其第一团、第三团掩护下，集中迫击炮、机关枪火力，向战斗力较弱的红二十师发起猛攻。红二十师将士坚守阵地，奋勇反击，但因新战士多，不善于正规作战，十九师又不及增援，阵地最终被敌冲垮。
