9月20日下午，隆隆的炮聲拉開了汀泗鎮戰役的序幕。
汀泗鎮是咸寧的南大門，是通往武昌的必經之道。汀泗鎮卡在岳陽通往武昌的官道上，是正在修建中的粵漢鐵路所經過的一個小鎮，以汀泗河為界，河西屬蒲圻，河東屬咸寧。鎮東有一片連綿起伏的山崗，塔腦山為其制高點。適逢連日大雨。全鎮西、北兩面為洪水包圍，為守軍增添了一道天然屏障，欲通過該鎮直下武昌，攻擊方只能從東、南兩面攻擊高地，從而撬開北進的大門。
守衛鎮東高地群的是中華民國第一師第四團，其前身即第九鎮第三十四標。黃興抵達武昌後，接管了武昌義軍的指揮權。黃興的到來一定程度上改變了革命黨在武昌群龍無首，互不統屬的局面，至少林述慶部表示完全接受黃興的指揮。
於是，黃興將第九鎮改編為民國第一師，任命林述慶為師長，轄第一、第二兩旅共四個步兵團及一個炮兵團。林述慶率第九鎮前出蒲圻、咸寧一線求戰的部署也得到了黃興的認可。黃興另將黎元洪第二十一協起義部隊改編為第二師，自任師長，以黎元洪為副師長，轄第三第四兩旅四團，但缺編甚大，於是大力招募兩湖會黨群眾以充實第二師，該師尚在編組整頓中，充任武漢三鎮之守衛任務。
上海通電一發，黃興及宋教仁、譚人鳳判斷龍謙不再和談了，戰爭難以避免。為了堅守汀泗鎮陣地，挫敗蒙山軍可能的進攻，黃興從其他部隊，特別是原黎元洪部抽調了大批武器，除了炮兵外，更是將機關鎗全部集中於第一師，林述慶當然將其補充至自己的親信部隊第二旅（原十七協），使得第二旅的實力得到很大加強。
民國第一師四團擔負汀泗鎮之正面守備。團指揮所設在塔腦山，三個營分別佔據了鎮東各高地，在兩軍對峙的日子裡，四團在林述慶的督率下狠命地構築工事。囤積彈藥。第二旅的另一個團，即三團部署在四團後面的鎮子裡，準備隨時增援。
林述慶在視察陣地後向黃興報告，「天時地利均在我方，決督率所部，挫敗蒙山軍凶鋒。」
攻擊方為蒙山軍第一師第三旅，展開了兩個團，七團從南面攻擊，九團從東面攻擊。第一師炮兵團在七團以南佔領陣地，集中了24門大炮。其中75mm的山野炮各6門。
憋足了勁的炮兵在半個小時內將六百餘發炮彈傾瀉到鎮東高地上，三點二十五分，七團與九團同時向高地發起了攻擊。
受上海建國的鼓舞和孫大總統親自表彰的激勵，林述慶決心在蒲圻咸寧一線擊敗蒙山軍南方軍部隊。既然已經前出至此，就沒有不打這一仗的道理。林述慶深知汀泗鎮的重要。受斧頭湖、魯湖、梁子湖的限制，南軍北進，必須從幾大湖泊中間穿過，汀泗鎮就卡在咽喉上。此地若失，武昌將敞開大門，直接受到南軍的攻擊了。這也是林述慶堅持將戰線推進至蒲圻咸寧的緣故。
對面的蒙山軍已經來了許多天了，一直在晃來晃去的來回調動。並未發起真正的攻擊。這給了林述慶以信心，他們也不願意打！但自昨日起，越來越多的跡象表明，南軍要發起攻擊了！
林述慶親自趕至四團督戰，決心在這裡挫敗自內戰打響以來一路順風順水的蒙山軍。
林述慶對部隊做了動員，「滿清韃子已經退位。中華民國已經成立了！黃興元帥已經抵達武昌！打贏蒙山軍，大家都是開國元勳。為了給趙伯先等先烈報仇雪恨，為了中華民國，我們決不後退！」
四團是林述慶的老部隊，他相信革命黨成員眾多的第四團會在汀泗之戰中起到中流砥柱的作用。
20日下午展開的戰鬥一開始就非常激烈。蒙山軍第三旅對鎮東高地連續發起了兩次衝鋒都被打了下來。因為地形限制了兵力的展開及步兵火力的發揚。因為沒腳的泥濘限制了進攻方的行動，更因為第三旅自戰爭爆發後基本沒有打過什麼硬仗，這支戰前大量補充了廣東巡防營士卒的部隊沒有打出應有的氣勢，甫遇死傷便退了下來。
兩次不成樣子的攻擊失利令督戰的封國柱大怒。立命將九團六連長及七團二營長就地槍決。理由是臨陣退卻。提升九團六連一個死戰不退投彈不止班長為連長，表現相對出色七團二營五連連長為營長，因為五連一直釘在半山坡上，沒有聽從營長的命令跟其他兩個連退下來。
這一招震撼了三旅。尤其是被槍決的七團二營長，是封師長的老部下，蒙山軍勤王北上後封國柱留守根據地時親手招的兵，該營長在廣州成親時封國柱親自主持了婚禮並掏了一個大紅包。現在說斃就給斃了！
「誰把老子的話當放屁，老子就把他的腦袋當球踢！繼續給老子打！團長親自帶隊給老子沖，天黑前打不下塔腦山，一律撤職，下去當伙夫！」封國柱紅著眼朝軍官們吼道。
進攻在五點恢復，七團和九團在封國柱的嚴令下拼了命，由軍法處組織了督戰隊，凡是擅自退卻的官兵，就地槍決！七團和九團的團級軍官們親自帶隊攻擊，不計傷亡地猛衝，前進一段，就地掘壕鞏固，然後再往上打。蒙山軍這一玩命，讓守軍受不了了。當跟進的迫擊炮不斷摧毀守軍本來就稀少的重機槍火力點後，守軍開始崩潰。戰至傍晚六時許，除了塔腦山主陣地外，周圍高地大部分被攻佔。
七團和九團承受了嚴重的傷亡。陣亡官兵的屍體佈滿了山坡。陣亡者多是新兵，無論是戰場經驗還是戰鬥意志，新兵都和參加過兩次以上戰鬥的老兵不能相提並論。
三旅指揮官們親臨一線，調整兵力，集中火器（主要是迫擊炮），因為重機槍陣地構築困難，且處於仰攻狀態，三旅旅長郭海昌親自到承擔攻擊塔腦山陣地的七團，組織了十九門迫擊炮轟擊敵陣。掩護部隊主攻，決心在天黑前攻佔主陣地。
但對塔腦山的攻擊尚未展開，民軍的反擊開始了。林述慶也紅了眼。他緊急調上了預備隊三團實施反擊，如果自己吹噓的模範陣地被對手半日所破。丟失汀泗鎮天險不說，部隊的士氣怕是要塌了！
兩支立志推翻滿清的軍隊在塔腦山高地展開了殊死的搏殺。在三旅旅部指揮戰鬥的封國柱嚴令部隊不得後退一步！同時命令炮團集中火力打擊民軍縱深，減輕一線攻擊部隊的壓力。參謀長姜義柳提出的將八團使用上去換下傷亡過大的七團的建議當即被封國柱拒絕，「打塔腦山及汀泗鎮，兩個團夠了！拿下汀泗鎮，七、九兩團撤下休整，該記功記功，該發獎發獎，拿不下陣地，全部打光為止！」
姜義柳覺得封國柱有些意氣用事了。但他無法否決封國柱的決定，封是前敵總指揮，他的命令只能被龍謙否決。為這件事越級報告總部嗎？將來還怎麼與師長共事？
率領特種作戰大隊抵達前線的石紀彭找到封國柱，說他們已經摸清了這一帶的地形，提出乘夜率特戰大隊泅水摸入敵後。摧毀民軍炮兵的建議。立即得到了封國柱的批准，「很好，司令很器重你的兵，這是你們第一次亮相，可不要墜了司令的名頭！」
「放心吧，一定將大炮給你奪過來！」石紀彭已經反覆勘察了地形，決定從東面二十里一個叫李角寨的地方繞過去。特戰大隊早已摩拳擦掌。求戰心切了。
戰鬥繼續進行著。
7月20日爭奪汀泗鎮東高地的戰鬥是第一師北伐以來最為殘酷的戰鬥。下午五點多鐘下起了雨，兩軍冒雨廝殺，一些陣地反覆易手，血水流入低窪處的水潭致其變色。
至夜幕降臨，三旅兩個團擊退了民軍生力軍的反擊，除了塔腦山主陣地及後面一個小高地未下外。其餘高地全部掌握。封國柱終於下達了暫停攻擊的命令，帶著幾名衛士在郭旅長的陪同下上七團實地查看後，決定用八團換下七團，明天一舉摧毀塔腦山。
但團長馬靜安堅決不幹，「你不能這樣。老子的兵死了一大堆，卻讓八團撿便宜？不行！」
郭海昌心想，敢在師長面前自稱老子的也就是你這個愣頭青了。馬靜安不是別人，正是蒙山寨老兵馬面。龍謙曾親手教訓過此人。此人在反李純進剿的戰役中腿部重傷，還是他企圖強姦的黃玉親手為他開刀做的手術，為此瘸了一條腿。第五鎮南下時，馬面已是營長，廣東大擴軍時龍謙親自提升其為團長，並為他取了新的名字：老馬你性子太急，我給你一個名字，靜安，安靜地想一想，就不會犯錯誤了。
封國柱重重地拍了馬團長一掌，「好，這才是咱蒙山軍應有的勁頭！老馬你不要心疼傷亡，打完這仗，老子給你補兵，補滿！不過，還是要給你一點部隊，調八團一營給你。」
「不！老子明天帶警衛連上，一定將塔腦山給你奪下來！八團上來，算誰的功勞？」馬面繼續頂撞。
但馮國璋並不生氣，「嘿嘿，不過老子不許你親自上。你得給老子活著！明白嗎？咱們蒙山寨殺出來的老弟兄不多了。」
「當然要活著。魯山哥已經佔了京城，俺還要逛皇帝住的宮殿呢。」馬面咧著嘴笑。
20日的戰鬥讓林述慶不再托大了。對手火力兇猛且凶悍異常，讓承擔反擊任務的第三團傷亡慘重，那些被對手奪占的高地一個都沒有奪回來，除了緊貼塔腦山的最後一個高地還在民軍的控制之下，其餘的制高點都丟了。
之前信心滿滿要擊潰甚至消滅蒙山軍簡直就是個笑話。難怪他們可以擊敗北洋奪取京師……不切實際的幻想消除後，林述慶必須認真面對當前的戰局了。
誰攻擊誰吃虧，這點再次得到證明。三團就是在反擊的時候遭遇大量傷亡的。相反，苦戰半天的四團傷亡總數卻比三團小。
民軍第二旅的大部分軍官建議撤退，「我軍炮彈有限，炮兵不如人家，機關鎗就更少了。他們有一種輕便的機關鎗，竟然可以單人操作，隨隊衝鋒。他們還有一種輕便的小炮，很是討厭。另外，他們的手榴彈似乎永遠用不完。汀泗鎮守不住了，我們就這麼一點兵。不能和他們硬拚了。」
林述慶沒有無線電台，前線的戰況報不到武昌黃興的指揮部，一切都需要他自己決斷了。
兵力對比絕對是劣勢的，當前之敵為蒙山軍第一師，三旅九團的大編製，據說還有其他部隊也上來了，而自己在蒲圻、咸寧一線的部隊說起來也是一個師，卻只有四個步兵團。
往哪裡退？退至武昌嗎？林述慶感到惶恐了。
但是，林述慶沒料到對手一支經過特殊訓練的小部隊乘著夜幕穿越了戰線，摸到了自己的後方了。
當夜。黃興終於趕到了設在咸寧以南的林述慶第一師師部。由於戰況不利，林述慶對於黃興的到來很是鬆了一口氣，但黃興則因20日下午的戰況而沮喪。汀泗鎮是必守之地，聽林述慶的話似乎守不住了，這不過半天啊。如果對手強悍至斯，這仗還怎麼打？
召集第一師的高級軍官們計議，大部分的旅團長們都表示應當撤退以保存力量。如果拼下去，第一師就完了。
黃興聽了幾個軍官的話沒有表態，他將大家留在屋裡，獨自出去思索了很久。最終做出了不准撤退的決定。既然第二旅傷亡過大，那麼就將第二旅換下去休息。將第三旅拉上來打。與其撤到武昌城下打，還不如在這兒打！畢竟地形對我們有利。黃興沒有細說武昌的局勢，他知道，如果第一師敗回武昌，武昌本來就不穩的軍心民心將更為動搖，除了將部隊帶回江浙。似乎已經沒有別的路可走了。
「地形並不為我所獨有了。」再次開會，聽了黃興的決定後，一個團長指出，「今日血戰，除了塔腦山以及它後面的一個高地為我控制之外。其餘高地均為敵所佔，敵人機關鎗甚多，大炮也優於我軍，他們還有一種可以抵近發發射的小炮，給我軍帶來極大的傷亡。汀泗鎮怕是守不住了。」
「守不住也得守！」黃興拍著桌子叫道，「大家都是堅定的革命同志，現在革命到了最危急的關頭，不在這裡打敗敵人，我們退哪裡去？武昌以北，已經有一支敵軍南下了！」
還是那名團長，「大元帥，我建議將第一師帶回江蘇。民國已建都江寧，大家都是江浙子弟，思歸心切。」
黃興心裡很是惱火，很想就此將這個動搖軍心的團長抓了，至少撤掉。但看第一師軍官們的神態，看出此人在第一師有些人望，忍了忍，「撤退江寧？談何容易！再說，敵人不會順江而下攻擊江寧嗎？林師長，你怎麼說？」
「如果我軍可以順利撤回江寧，也是上策。我們可以贏得時間，編練部隊。如果要打，今晚必須對調整，守衛塔腦山的四團傷亡很大，需要換下來休整。」
「那就換下來。你們誰上？」
「既然如此，我團願意擔負守衛塔腦山的任務。」正是剛才力主撤退的團長。
「很好，那就抓緊進行吧。各位在前線苦戰的功績，我已報中央了。打敗龍謙，各位都是開國元勳！還望大家發揚革命精神，激勵士氣，挫敗凶鋒，讓敵人知難而退。」到了現在，黃興也只好將目標調整為讓蒙山軍知難而退了。
黃興雖然在十幾年中一直策劃領導組織針對滿清的武裝起義，但並無大兵團作戰的指揮經驗，也無組織編練正規軍的經驗。第九鎮本是一支較為先進的正規軍，但是經歷的武昌起義，驅逐了原高級軍官們之後，出任師旅團長的都是下級軍官，林述慶原先不過為一營長，很多原先的連排長一夜之間就當上了團長營長，帶兵及指揮經驗嚴重不足，只是靠了一腔血勇而已。而且，他們中的大多數人都存了推翻滿清建立民國的念想，或者叫理想。現在京城都被蒙山軍佔了，滿清已經發出了退位詔書，繼續打仗就有些失去目標的感覺。至於對蒙山軍的仇恨，並不是每個人都和林述慶一樣。這樣綜合下來，第九鎮，現在的民國第一師不僅從兵力上弱於原來（一大批官兵在起義之時便逃亡了），戰鬥力也削弱了。林述慶匆匆南下，未及仔細組織後勤，戰鬥開始後，大批的傷號未能得到妥善救治，輜重、糧草都沒有仔細的籌劃，實際上就是一支「一次性」軍隊，若是獲勝還好說，像現在遭遇嚴重挫折，官兵們就開始動搖了。
而對手則不同。封國柱比起林述慶，指揮大軍作戰的經驗就豐富了很多，他是從連長、營長、團長一路走上來的，這份經驗林述慶根本就沒有。蒙山軍業已建立的完善的後勤制度保障了部隊的供給，甚至不需要封國柱這個前敵總指揮操心，各有專職去處理。而且，蒙山軍比民軍更為嚴明的軍紀也保障了部隊在承受重大傷亡後不至於混亂。最為關鍵的一點是蒙山軍將士深知他們勝券在握！總政治部印發的關於北方戰局的宣傳品大量發至一線部隊，激起了南方軍將士建功立業的雄心，至少軍官們存了與山東、北方兩個方面軍一爭短長的念頭。兩下相比，勝負不問可知。何況南方軍無論兵力還是裝備都優於民軍。