9月20日下午，隆隆的炮声拉开了汀泗镇战役的序幕。
汀泗镇是咸宁的南大门，是通往武昌的必经之道。汀泗镇卡在岳阳通往武昌的官道上，是正在修建中的粤汉铁路所经过的一个小镇，以汀泗河为界，河西属蒲圻，河东属咸宁。镇东有一片连绵起伏的山岗，塔脑山为其制高点。适逢连日大雨。全镇西、北两面为洪水包围，为守军增添了一道天然屏障，欲通过该镇直下武昌，攻击方只能从东、南两面攻击高地，从而撬开北进的大门。
守卫镇东高地群的是中华民国第一师第四团，其前身即第九镇第三十四标。黄兴抵达武昌后，接管了武昌义军的指挥权。黄兴的到来一定程度上改变了革命党在武昌群龙无首，互不统属的局面，至少林述庆部表示完全接受黄兴的指挥。
于是，黄兴将第九镇改编为民国第一师，任命林述庆为师长，辖第一、第二两旅共四个步兵团及一个炮兵团。林述庆率第九镇前出蒲圻、咸宁一线求战的部署也得到了黄兴的认可。黄兴另将黎元洪第二十一协起义部队改编为第二师，自任师长，以黎元洪为副师长，辖第三第四两旅四团，但缺编甚大，于是大力招募两湖会党群众以充实第二师，该师尚在编组整顿中，充任武汉三镇之守卫任务。
上海通电一发，黄兴及宋教仁、谭人凤判断龙谦不再和谈了，战争难以避免。为了坚守汀泗镇阵地，挫败蒙山军可能的进攻，黄兴从其他部队，特别是原黎元洪部抽调了大批武器，除了炮兵外，更是将机关枪全部集中于第一师，林述庆当然将其补充至自己的亲信部队第二旅（原十七协），使得第二旅的实力得到很大加强。
民国第一师四团担负汀泗镇之正面守备，团指挥所设在塔脑山，三个营分别占据了镇东各高地，在两军对峙的日子里，四团在林述庆的督率下狠命地构筑工事，囤积弹药。第二旅的另一个团，即三团部署在四团后面的镇子里，准备随时增援。
林述庆在视察阵地后向黄兴报告，“天时地利均在我方，决督率所部，挫败蒙山军凶锋。”
攻击方为蒙山军第一师第三旅，展开了两个团，七团从南面攻击，九团从东面攻击。第一师炮兵团在七团以南占领阵地，集中了24门大炮，其中75mm的山野炮各6门。
憋足了劲的炮兵在半个小时内将六百余发炮弹倾泻到镇东高地上，三点二十五分，七团与九团同时向高地发起了攻击。
受上海建国的鼓舞和孙大总统亲自表彰的激励，林述庆决心在蒲圻咸宁一线击败蒙山军南方军部队。既然已经前出至此，就没有不打这一仗的道理。林述庆深知汀泗镇的重要，受斧头湖、鲁湖、梁子湖的限制，南军北进，必须从几大湖泊中间穿过，汀泗镇就卡在咽喉上。此地若失，武昌将敞开大门，直接受到南军的攻击了。这也是林述庆坚持将战线推进至蒲圻咸宁的缘故。
对面的蒙山军已经来了许多天了，一直在晃来晃去的来回调动，并未发起真正的攻击。这给了林述庆以信心，他们也不愿意打！但自昨日起，越来越多的迹象表明，南军要发起攻击了！
林述庆亲自赶至四团督战，决心在这里挫败自内战打响以来一路顺风顺水的蒙山军。
林述庆对部队做了动员，“满清鞑子已经退位，中华民国已经成立了！黄兴元帅已经抵达武昌！打赢蒙山军，大家都是开国元勋。为了给赵伯先等先烈报仇雪恨，为了中华民国，我们决不后退！”
四团是林述庆的老部队，他相信革命党成员众多的第四团会在汀泗之战中起到中流砥柱的作用。
20日下午展开的战斗一开始就非常激烈。蒙山军第三旅对镇东高地连续发起了两次冲锋都被打了下来。因为地形限制了兵力的展开及步兵火力的发扬，因为没脚的泥泞限制了进攻方的行动，更因为第三旅自战争爆发后基本没有打过什么硬仗，这支战前大量补充了广东巡防营士卒的部队没有打出应有的气势，甫遇死伤便退了下来。
两次不成样子的攻击失利令督战的封国柱大怒。立命将九团六连长及七团二营长就地枪决。理由是临阵退却。提升九团六连一个死战不退投弹不止班长为连长，表现相对出色七团二营五连连长为营长，因为五连一直钉在半山坡上，没有听从营长的命令跟其他两个连退下来。
这一招震撼了三旅。尤其是被枪决的七团二营长，是封师长的老部下，蒙山军勤王北上后封国柱留守根据地时亲手招的兵，该营长在广州成亲时封国柱亲自主持了婚礼并掏了一个大红包。现在说毙就给毙了！
“谁把老子的话当放屁，老子就把他的脑袋当球踢！继续给老子打！团长亲自带队给老子冲，天黑前打不下塔脑山，一律撤职，下去当伙夫！”封国柱红着眼朝军官们吼道。
进攻在五点恢复，七团和九团在封国柱的严令下拼了命，由军法处组织了督战队，凡是擅自退却的官兵，就地枪决！七团和九团的团级军官们亲自带队攻击，不计伤亡地猛冲，前进一段，就地掘壕巩固，然后再往上打。蒙山军这一玩命，让守军受不了了。当跟进的迫击炮不断摧毁守军本来就稀少的重机枪火力点后，守军开始崩溃。战至傍晚六时许，除了塔脑山主阵地外，周围高地大部分被攻占。
七团和九团承受了严重的伤亡。阵亡官兵的尸体布满了山坡。阵亡者多是新兵，无论是战场经验还是战斗意志，新兵都和参加过两次以上战斗的老兵不能相提并论。
三旅指挥官们亲临一线，调整兵力，集中火器（主要是迫击炮），因为重机枪阵地构筑困难，且处于仰攻状态，三旅旅长郭海昌亲自到承担攻击塔脑山阵地的七团，组织了十九门迫击炮轰击敌阵，掩护部队主攻，决心在天黑前攻占主阵地。
但对塔脑山的攻击尚未展开，民军的反击开始了。林述庆也红了眼。他紧急调上了预备队三团实施反击，如果自己吹嘘的模范阵地被对手半日所破，丢失汀泗镇天险不说，部队的士气怕是要塌了！
两支立志推翻满清的军队在塔脑山高地展开了殊死的搏杀。在三旅旅部指挥战斗的封国柱严令部队不得后退一步！同时命令炮团集中火力打击民军纵深，减轻一线攻击部队的压力。参谋长姜义柳提出的将八团使用上去换下伤亡过大的七团的建议当即被封国柱拒绝，“打塔脑山及汀泗镇，两个团够了！拿下汀泗镇，七、九两团撤下休整，该记功记功，该发奖发奖，拿不下阵地，全部打光为止！”
姜义柳觉得封国柱有些意气用事了，但他无法否决封国柱的决定，封是前敌总指挥，他的命令只能被龙谦否决。为这件事越级报告总部吗？将来还怎么与师长共事？
率领特种作战大队抵达前线的石纪彭找到封国柱，说他们已经摸清了这一带的地形，提出乘夜率特战大队泅水摸入敌后，摧毁民军炮兵的建议。立即得到了封国柱的批准，“很好，司令很器重你的兵，这是你们第一次亮相，可不要坠了司令的名头！”
“放心吧，一定将大炮给你夺过来！”石纪彭已经反复勘察了地形，决定从东面二十里一个叫李角寨的地方绕过去。特战大队早已摩拳擦掌，求战心切了。
战斗继续进行着。
7月20日争夺汀泗镇东高地的战斗是第一师北伐以来最为残酷的战斗。下午五点多钟下起了雨，两军冒雨厮杀，一些阵地反复易手，血水流入低洼处的水潭致其变色。
至夜幕降临，三旅两个团击退了民军生力军的反击，除了塔脑山主阵地及后面一个小高地未下外，其余高地全部掌握。封国柱终于下达了暂停攻击的命令，带着几名卫士在郭旅长的陪同下上七团实地查看后，决定用八团换下七团，明天一举摧毁塔脑山。
但团长马静安坚决不干，“你不能这样，老子的兵死了一大堆，却让八团捡便宜？不行！”
郭海昌心想，敢在师长面前自称老子的也就是你这个愣头青了。马静安不是别人，正是蒙山寨老兵马面。龙谦曾亲手教训过此人。此人在反李纯进剿的战役中腿部重伤，还是他企图强奸的黄玉亲手为他开刀做的手术，为此瘸了一条腿。第五镇南下时，马面已是营长，广东大扩军时龙谦亲自提升其为团长，并为他取了新的名字：老马你性子太急，我给你一个名字，静安，安静地想一想，就不会犯错误了。
封国柱重重地拍了马团长一掌，“好，这才是咱蒙山军应有的劲头！老马你不要心疼伤亡，打完这仗，老子给你补兵，补满！不过，还是要给你一点部队，调八团一营给你。”
“不！老子明天带警卫连上，一定将塔脑山给你夺下来！八团上来，算谁的功劳？”马面继续顶撞。
但冯国璋并不生气，“嘿嘿，不过老子不许你亲自上。你得给老子活着！明白吗？咱们蒙山寨杀出来的老弟兄不多了。”
“当然要活着。鲁山哥已经占了京城，俺还要逛皇帝住的宫殿呢。”马面咧着嘴笑。
20日的战斗让林述庆不再托大了。对手火力凶猛且凶悍异常，让承担反击任务的第三团伤亡惨重，那些被对手夺占的高地一个都没有夺回来，除了紧贴塔脑山的最后一个高地还在民军的控制之下，其余的制高点都丢了。
之前信心满满要击溃甚至消灭蒙山军简直就是个笑话。难怪他们可以击败北洋夺取京师……不切实际的幻想消除后，林述庆必须认真面对当前的战局了。
谁攻击谁吃亏，这点再次得到证明。三团就是在反击的时候遭遇大量伤亡的。相反，苦战半天的四团伤亡总数却比三团小。
民军第二旅的大部分军官建议撤退，“我军炮弹有限，炮兵不如人家，机关枪就更少了。他们有一种轻便的机关枪，竟然可以单人操作，随队冲锋，他们还有一种轻便的小炮，很是讨厌。另外，他们的手榴弹似乎永远用不完。汀泗镇守不住了，我们就这么一点兵，不能和他们硬拼了。”
林述庆没有无线电台，前线的战况报不到武昌黄兴的指挥部，一切都需要他自己决断了。
兵力对比绝对是劣势的，当前之敌为蒙山军第一师，三旅九团的大编制，据说还有其他部队也上来了，而自己在蒲圻、咸宁一线的部队说起来也是一个师，却只有四个步兵团。
往哪里退？退至武昌吗？林述庆感到惶恐了。
但是，林述庆没料到对手一支经过特殊训练的小部队乘着夜幕穿越了战线，摸到了自己的后方了。
当夜，黄兴终于赶到了设在咸宁以南的林述庆第一师师部。由于战况不利，林述庆对于黄兴的到来很是松了一口气，但黄兴则因20日下午的战况而沮丧。汀泗镇是必守之地，听林述庆的话似乎守不住了，这不过半天啊，如果对手强悍至斯，这仗还怎么打？
召集第一师的高级军官们计议，大部分的旅团长们都表示应当撤退以保存力量。如果拼下去，第一师就完了。
黄兴听了几个军官的话没有表态，他将大家留在屋里，独自出去思索了很久。最终做出了不准撤退的决定。既然第二旅伤亡过大，那么就将第二旅换下去休息，将第三旅拉上来打。与其撤到武昌城下打，还不如在这儿打！毕竟地形对我们有利。黄兴没有细说武昌的局势，他知道，如果第一师败回武昌，武昌本来就不稳的军心民心将更为动摇，除了将部队带回江浙，似乎已经没有别的路可走了。
“地形并不为我所独有了。”再次开会，听了黄兴的决定后，一个团长指出，“今日血战，除了塔脑山以及它后面的一个高地为我控制之外，其余高地均为敌所占，敌人机关枪甚多，大炮也优于我军，他们还有一种可以抵近发射的小炮，给我军带来极大的伤亡。汀泗镇怕是守不住了。”
“守不住也得守！”黄兴拍着桌子叫道，“大家都是坚定的革命同志，现在革命到了最危急的关头，不在这里打败敌人，我们退哪里去？武昌以北，已经有一支敌军南下了！”
还是那名团长，“大元帅，我建议将第一师带回江苏。民国已建都江宁，大家都是江浙子弟，思归心切。”
黄兴心里很是恼火，很想就此将这个动摇军心的团长抓了，至少撤掉。但看第一师军官们的神态，看出此人在第一师有些人望，忍了忍，“撤退江宁？谈何容易！再说，敌人不会顺江而下攻击江宁吗？林师长，你怎么说？”
“如果我军可以顺利撤回江宁，也是上策。我们可以赢得时间，编练部队。如果要打，今晚必须对调整，守卫塔脑山的四团伤亡很大，需要换下来休整。”
“那就换下来。你们谁上？”
“既然如此，我团愿意担负守卫塔脑山的任务。”正是刚才力主撤退的团长。
“很好，那就抓紧进行吧。各位在前线苦战的功绩，我已报中央了。打败龙谦，各位都是开国元勋！还望大家发扬革命精神，激励士气，挫败凶锋，让敌人知难而退。”到了现在，黄兴也只好将目标调整为让蒙山军知难而退了。
黄兴虽然在十几年中一直策划领导组织针对满清的武装起义，但并无大兵团作战的指挥经验，也无组织编练正规军的经验。第九镇本是一支较为先进的正规军，但是经历的武昌起义，驱逐了原高级军官们之后，出任师旅团长的都是下级军官，林述庆原先不过为一营长，很多原先的连排长一夜之间就当上了团长营长，带兵及指挥经验严重不足，只是靠了一腔血勇而已。而且，他们中的大多数人都存了推翻满清建立民国的念想，或者叫理想。现在京城都被蒙山军占了，满清已经发出了退位诏书，继续打仗就有些失去目标的感觉。至于对蒙山军的仇恨，并不是每个人都和林述庆一样。这样综合下来，第九镇，现在的民国第一师不仅从兵力上弱于原来（一大批官兵在起义之时便逃亡了），战斗力也削弱了。林述庆匆匆南下，未及仔细组织后勤，战斗开始后，大批的伤号未能得到妥善救治，辎重、粮草都没有仔细的筹划，实际上就是一支“一次性”军队，若是获胜还好说，像现在遭遇严重挫折，官兵们就开始动摇了。
而对手则不同。封国柱比起林述庆，指挥大军作战的经验就丰富了很多，他是从连长、营长、团长一路走上来的，这份经验林述庆根本就没有。蒙山军业已建立的完善的后勤制度保障了部队的供给，甚至不需要封国柱这个前敌总指挥操心，各有专职去处理。而且，蒙山军比民军更为严明的军纪也保障了部队在承受重大伤亡后不至于混乱。最为关键的一点是蒙山军将士深知他们胜券在握！总政治部印发的关于北方战局的宣传品大量发至一线部队，激起了南方军将士建功立业的雄心，至少军官们存了与山东、北方两个方面军一争短长的念头。两下相比，胜负不问可知。何况南方军无论兵力还是装备都优于民军。