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四十八旅战车防御炮连布置的排哨发现解放军侦察人员以后，连长阎进杰按照何奇的命令，令步兵排全部进入排哨，让二排排长唐清永指挥两挺重机枪在连部后院门外进入阵地，准备以火力支援排哨，封锁东沟的路口。
解放军三五八旅以第八团配属山炮四门为主攻，预定当日（3日）晚20时50分从于家堡、双柳村出发，经五里沟泉向西华池攻击前进，如五里沟泉有敌，则先以一部消灭之，主力向西华池进攻；以第七一五团为二梯队，在第八团后跟进；第七一六团为预备队，配置在五里沟泉、杨沟老附近地域。警三旅五团2日原在西华池县城（注：应为合水县城）以北15公里的柳沟一带，3日14时获悉敌人撤退，五团奉命追击，20时追到县城发觉敌人已经撤走。该团就继续经柏树塬向板桥方向追击。
23时许，第八团部队进至三里店以南、西华池北侧地区，随即组织进攻。决定以第一营沿凹道隐蔽接近敌军，向西华池的新街实施突击。突破后，再以第二营扩大战果。但该营先头分队（第二连）因为地形不熟，大约是转到了镇的东北边，正好从敌战车防御连的排哨阵地附近突入，遭到该连的顽强抵抗，数次攻击未成，难以继续发展。第八团又令第二营在一营右翼进入战斗，从西华池西北端向东攻击。但该营先头分队（五连）进至城墙缺口处，遭敌火猛烈射击，被迫撤出。不过四十八旅战车防御连也损失重大，排哨伤亡殆尽，排长带了少数人退入连部后院屋顶。
当晚的进攻总起来看不顺利，失掉了突然性。不过，战斗打响之后，警三旅五团听到西华池附近枪声紧密，正在向这个方向赶。独一旅、新四旅也进至西华池附近。总的态势，解放军仍然具有绝对的优势。另外，何奇自信满满，只以为是游击队偷袭，并未重视。当七里店宿营的一四二团团长陈定行听到枪声激烈，打电话过去询问时，何奇还挺镇定地告诉对方，只是扰乱，没有什么。
至4日拂晓，三五八旅令七一五团以一个营（三营）从第八团右翼向敌西侧突击，并令第八团继续发展进攻。七一五团三营从西华池西面突入以后，攻占了两处房院，又受阻无法继续发展。新四旅十六团从东南面向西华池进攻，早上6时30分，该团二营八连从东南端突入。第八团上午7时将第二梯队第三营加入战斗，向新街西北端的大庙攻击，与敌军反复争夺后，占领了该庙。四十八旅辎重营以3个重机枪连以全部18挺重机枪竭力抗击，但仍然挡不住解放军的突击，在天明时被打垮。解放军终于突入了西华池。
何奇总算明白这不是解放军的扰乱进攻，打电话告诉陈定行西华池东北解放军多次发起进攻，正处于白刃战中，辎重营阵地被全部突破，大街北面据点，全被摧垮，部队已经退至旅部附近。要陈定行带一四二团向旅部靠拢，等待天明后空军的支援。陈定行正在布置调动之际，何奇又来电要该团先派一个营跑步增援，可见情况紧急。
陈定行这边刚刚将第一营派走，第三营阵地就遭到解放军的袭击（估计是独一旅二团或七一四团的先头部队），接着左翼又被突破，营长卢少陵被打死。一部分解放军直扑该团团部，和一四二团特务连发生激烈战斗。一四二团三营和团直属部队几经冲击，将解放军击退。至拂晓，一四二团除留一个连掩护以外，主力向西华池靠近。等天亮后，陈定行才发现自己这个团全部人马都暴露在旷野之中，成了东侧山头解放军马克沁重机枪的靶子。枪声尖厉，流弹飞舞，该团只好疏散匍匐前进，慢慢向西华池靠近。可惜这时独一旅、新四旅主力尚未赶到，东侧山头的解放军可能因为兵力较小，不敢发起冲击。
至上午10时，一四二团进入西华池地域。何奇的旅部直属队伤亡过半，遂令战车防御连转到街西，占领旅部北面的堡子门楼（骑兵排驻地）坚守，并以通信连的一个步兵排加强该连。何奇又令辎重营和一四三团放弃街东，撤到街西待援。同时，令一四二团占据张家山、唐沟泉一带组织防御。大约上午11时左右，解放军再次发动攻击，四十八旅骑兵排垮掉了，堡子门楼守军亦伤亡殆尽。何奇手里连预备队也没有了，情况危急万分。12时，解放军十六团三营又攻占了城南的一个高地。而镇内守军还发现有解放军预先进入的便衣人员，从老百姓住的窑洞内投出手榴弹，造成守军死伤。祸不单行，正在这危急时刻，何奇登上北房房顶观察一四三团和辎重营战况时，被机枪击中大腿，受了重伤。不久，何奇收到了胡宗南发来的电报。本以为胡宗南会通报援军进展的情况，谁知被胡在电报中痛斥一顿，指其不听指挥，擅自行动，贻误大局。何奇又急又气，顿时一命呜呼。副旅长万又麟怕军心动摇，将何奇死亡的消息封锁起来，并立即召集会议，宣布任何人不得弃守阵地；同时致电西安绥署，要求从速增援。
中午时分，陈定行带部分军官乘国民党军飞机扫射的空隙到前沿侦察，重新部署。据陈观察，何奇在兵力部署上大有问题，没有把防御重点放置在东北方向，而西北端小高地的大庙又被解放军占去，居高临下，对守军极为不利。下午1时左右，一四二团以一、二两个营接替了战车防御连的阵地，以第三营九连进攻西北端之大庙，以打通与一四三团联系并夺取有利态势。但三次冲锋，均被击退，伤亡惨重。无奈之下，万又麟转而决定加强防御，再坚持一晚。于是国民党军推倒部分民房，扫清射界，集中八挺重机枪封锁大街北端开阔地，同时急电驻赤城的一四三团第三营星夜驰援。下午接到胡宗南的电报，要其固守待援，称先派飞机助战，另有大军即刻赶来解围。万又麟将此电通知部队，人心稍定。
解放军因白昼进攻不利，也暂时采取守势，重新调整部署。张宗逊下达命令，以三八五旅并指挥独一旅三十五团仍从西华池东北、、正北、西北各方向进攻；独一旅（欠三十五团）并指挥新四旅七七一团向七里店、唐家老庄、李家庄之敌进攻；警三旅五团向张家山进攻；新四旅十六团仍从西华池东南端进攻。各部统于4日18时30分发起冲击，要求当晚全歼该敌，解决战斗。
三五八旅以七一六团由西华池东侧向新街实施主要突击，第七一五团沿旧城墙及西北端向南发展进攻，已经打了一昼夜的第八团则改为预备队。独一旅下午3时进至西华池东南官家坡底组织战斗。除以新四旅之16团继续向西华池东南樊家洼一带进攻外，以新四旅之七七一团进攻唐家老庄、唐沟泉地区，以一个团（二团）向李家庄攻击，七一四团则作为第二梯队。
双方都知道，这一晚是决定性的一晚，等待四十八旅的命运是什么呢？
晚上8点多钟，解放军的进攻再次展开。一四二团首先垮了下来，争先恐后向南跑，团营长都制止不住，有点像“发妖风”，跑到镇边才住脚。但解放军没有跟踪追击，可能是因为还有些房里的守兵以及重武器因来不及撤退仍然在抵抗。陈定行好不容易命令各营长把部队带回原阵地，继续抵抗。随着解放军攻势越来越凶猛，一四三团阵地正面被突破，一四二团也千疮百孔，自身难保，勉强凑了一个连增援上去，但杯水车薪，难以济事。急切中，万又麟令重迫击炮连以两门美式重迫击炮对准西大街中段解放军已经占领的地区，从北向南进行了面积射，连续发射了100多发炮弹，其中不少是燃烧弹。解放军的攻势由此顿挫，暂时撤出镇外。
打了一个晚上，至拂晓时分，三五八旅七一六团攻占了新街的一半；七一五团攻占了旧城内的数处房院之后进展迟滞。为提高进攻速度，三五八旅将三十五团一营加入了战斗（七一五团右翼），但由于国民党军火力太强，至拂晓前仍未摧毁敌人的抵抗。其它方向的部队也进展不大。至拂晓前，第二团只占了李家庄东南侧一个小高地；七七一团攻占唐家老庄东侧阵地后，因为遭到东北端一个小寨子的敌人顽强抵抗，也无进展；警五团攻占张家山至西华池南侧之后，也与敌人打成对峙。
由于进展仍不顺利，5日拂晓，集团军派廖汉生到三五八旅，徐立清到新四旅分头了解情况，督促尽快解决战斗。廖汉生赶到三五八旅，却从黄新廷那里得知集团军下命令叫撤退了。黄新廷认为四十八旅只剩下镇内两个较大的据点，只要再加把劲，就可以彻底解决战斗，集团军在这关键时刻叫撤退，很可惜。
廖汉生不大相信。因为集团军派他去就是要督促尽快解决战斗，怎么会要撤退呢？他赶紧打电话要集团军司令部，参谋长阎揆要接了电话，向廖说明是司令员、政委考虑到敌援军迫近，西华池还未拿下，因此下令要部队撤出的。事已至此，廖汉生、黄新廷也无可奈何。
整四十八旅一四三团留驻赤城镇的一个营（三营），53日早晨8时进入西华池。据他们说，天亮时看见解放军陆续撤到沟东的塬上集合，主动退走了。万又麟也不敢久留，立刻布置撤出西华池。走前将镇里的男人一律拉走，抬运伤兵。凡认为形迹可疑的老百姓，经简单盘问，如果承认是宁县和合水的民夫但说不出部队番号或无部队认领的，均作为混入镇内的解放军，被拉走枪杀。上午11时，四十八旅南撤，走出五六里才遇见增援的二十四旅先头部队。二十四旅派了一部分部队继续向西华池前进，担任掩护。大约12时进入西华池，正好碰上解放军也派了小部队到镇内打扫战场，双方又打了约1个小时。
西华池作战结果不理想的原因
西华池战斗，可以说是一个窝囊仗。之所以说“窝囊”，是因为整四十八旅孤军西进，解放军集中4倍于敌的兵力将其突然包围，本来是可以打好打赢的仗，却打成了消耗战。除了客观上，敌我双方的武器装备存在较大差距以外，在作战指挥上也暴露出许多的问题：
首先，作为野战集团军的军事主官，张宗逊的指挥显得呆板。张宗逊在3月3日在接到军委敌情通报的基础上，仍然坚持原定当晚袭击板桥的计划，对敌人迅速撤退的估计不足，所以造成一系列的错误判断和决策。先是不相信三五八旅的报告，认为“敌情不明”，错过了在运动中伏击敌人以及乘敌刚进入西华池立足未稳予敌打击的时机。接着在当日晚上的攻击部署中，留置预备队过多。总计9个团，只有2个团进入战斗，其余2个团担任警戒，4个团是预备队，1个团作为第二梯队。第二天即3月4日经过一个白天，对敌情、地形已经查明的情况下，仍然部署不周。对打援事先没有作安排，缺乏准备，是直接导致5日仓促撤兵的原因。对进攻部队任务的分配，没有按照兵团建制赋予任务，将主要兵力兵器集中在某个方向，而是仍按照旅、团的建制各打各的。结果配合的部队，如独一旅方向，一夜只攻占两处阵地，使敌得以主要火力兵力来应付三五八旅的进攻，增加了发展的难度。最糟糕的是，张宗逊5日拂晓在得知整二十四旅援军到达南义井之后，不能仔细地研究判断敌情，估算敌我双方的实力对比，匆忙地放弃已经