二是毛泽东对于胡宗南部主力的行动不了解，担心胡军回师救援。前述已经提及新岔河之战后，中共对胡宗南部行动一度也不清楚，这也许是胡宗南觉察到了西野有侦破其行动的可能，从而更换密码所致。26日毛泽东向彭习通报的瓦市敌可能撤逃，即来自由周恩来亲自掌握的情报，而这一情报显然并不准确。28日，周恩来找中央支队二大队（即二局前梯队）领导胡备文，下了死命令，要求3天内破译国民党军胡宗南部全部密码，为蟠龙战役提供准确情报。此时这一任务可能尚未完成，因而毛泽东对敌军动向还没有把握。
彭德怀不为所动，仍坚持原定决心不变。他判断敌军主力北上约需5至7天时间，我军南下攻打蟠龙，敌军必然回援，但最快也要三四天时间。彭德怀于5月1日致电军委：
“原准备一日拂晓攻击蟠龙，因天雨路滑停止，待雨停后二日攻击。胡军为避免消灭，现工事技能已达最高点。清瓦以南至延水，所有山头村庄，均有相当坚固野战工事。蟠龙工事已完成外壕、鹿砦、铁丝网，平毁甚不易。该军所到之处，木器门板大部烧光，牲畜杀光，一切工具均损坏，壮丁抓走亦不少，与日本三光政策同。人民损失五年难以恢复”。
毛泽东5月2日13时复电，肯定了彭德怀的意见，认为：“攻击蟠龙决心很对。如胜利，影响必大；即使不胜，也取得经验”。
胡军军纪如此之差，对于西野来说，反适足以鼓励士气，增加对敌的仇恨。王恩茂日记载29日至贺家渠宿营的情况：“贺家渠是敌人驻过的村子，平房均已拆毁，窑房均已破坏，门窗家具均被烧毁，地窑均被挖掉，粮食均被吃掉和抛撒，纺车、犁铧等生产工具均被捣毁，耕牛被宰杀，人民无法生活，看见我军到来，眼泪盈眶，诉告敌人的暴行。我见了这种情景，增加了对敌的仇恨”。
5月1日，西野召开了旅以上干部会，研究战术问题，西野各部也普遍都进行了动员。5月2日黄昏，蟠龙攻坚战正式开始了。
打蟠龙，彭德怀将二纵放在攻坚的主力位置上，这一方面大概是因为羊马河战斗一纵作为阻击部队，是“啃硬骨头”的，所以调剂一下；另一方面从羊马河战斗及新岔河战斗的情况看，二纵执行命令比较坚决，彭德怀用得顺手一点。
可能是因为张宗逊在大同集宁战役及西华池战斗的表现，中央似乎对一纵领导在军事指挥上的能力有所怀疑，并考虑将一、二纵合并起来。4月19日，毛泽东曾电告贺龙、李井泉并彭、习，要将贺炳炎转至野司听候彭习分配工作，如将一、二纵合并，则以王震为司令员，贺炳炎为副司令员。彭德怀等经过考虑，于22日复电军委：“经过考虑后，张宗逊暂留部任原职”，并对一纵的表现做了委婉的解释：“十四日羊马河战斗，一纵牵制敌军三十六师完成了任务。十九日永瓦间战斗，他们亦有缴获”。张宗逊好歹是原来一方面军的干部，彭德怀的老部下，此时换将虽然的确未必合适，但有毛泽东的意见在先，彭德怀也不能不考虑此战如将一纵放在关键位置，万一打不好，难以交代，这恐怕也是以二纵担当主攻任务的原因之一。事实证明，这一布置是对的。蟠龙攻坚战中，一纵表现平平，反倒是原先战斗力远远弱于它的独四旅起了关键性作用。
据独四旅蟠龙战斗阵中日记记载，5月1日下午4时，独四旅召开营以上干部会议，研究攻坚部署时有人提出一个大胆的设想：以一个团直接攻击蟠龙镇，将其指挥机关打乱，使山上之敌失去指挥。这个想法为旅长顿星云所否决，还是决心先肃清外围之敌，再攻蟠龙镇。
5月2日18时，独四旅先以第十四团、第十三团向敌集玉峁沟东警戒阵地发起攻击。22时，十四团进至集玉圪垯，敌已撤回主阵地。第十三团也占领的郭家庄北山，并以两个连对青化砭警戒。
新四旅负责攻击集玉峁主阵地东北高地，张贤约旅长令十六团以“夜老虎七连”摸占了纸坊坪以北山梁的三个碉群，同时，七七一团三营也攻占了镇东的山神庙梁，在对付胡军的反扑中，第八连连长杨洪吉牺牲。
一纵以三五八旅七一六团于当晚21时开始向田子院之敌发起攻击，但因为寨子较高且地形狭窄不易攀登，打了四、五个钟头，直到3日2时才突入寨内，但敌已逃走，仅俘30余人，跟踪追击至蟠龙以北小高地受阻，时已天亮，遂停止攻击。
独一旅以第七一四团、第二团分别向老庄南北山防守之敌进攻。21时30分与敌接触，部队以勇猛动作迅速攻占了各高地及辛庄科、老庄，歼敌陕西保安总队一部，并乘胜发展。第七一四团向小庙梁、第二团向磨盘山攻击前进。至拂晓，各分队接近敌主阵地前。
当天彭德怀致电毛泽东，报告蟠龙战况，称：“今拂晓攻击，敌保安队守备第一线，我攻占第一线后，即已天明，共俘保安队六百余人，我主力均已接近敌阵地，伤亡甚小，本日黄昏后决心再攻”。
毛泽东4日午时复电：“俘敌六百，甚慰。敌主力似在绥米地区有数天停留，至少一星期才能返抵蟠龙。我军如能在一星期内攻克蟠龙即可保持主动。胡宗南已令张新率二十四旅一部（可能是一个团）增援，望注意”。由该电可知，此时二局破译敌电报的任务已经完成，毛泽东对胡宗南部的动向，甚至其下达的增援指令均已了如指掌。
集玉峁是蟠龙守敌的主阵地，一六七旅以第四九九团第二营和第三营第七连驻守，他们以制高点为核心构筑了大伏地堡，并辅以周围小伏地堡，构成梅花形碉群。核心碉堡周围削成陡壁，并挖成深宽各六七米的外壕。外壕及山洼要道均设有铁丝网或地雷，大小碉堡可互相支援，形成交叉火力，之间以交通壕连接。集玉峁东几百米处，有一个高于集玉峁的土山包，叫集玉圪垯，敌驻守了一个加强连，将其削成陡壁，辅以外壕、铁丝网，山上是环形交通壕，修好了向外的射孔。要攻占蟠龙，能否夺占集玉峁是其关键，而夺占集玉峁的重要一环，又是攻克集玉圪垯。攻克集玉圪垯的任务落在独四旅十三团二营身上。
十三团二营当天黄昏前展开攻击，连续猛攻数次，均未奏效。王震在独四旅指挥所呆不住，跑到十三团、十四团的指挥所，令部队暂时停止攻击，开展军事民主，让大家想办法。十三团团长王文礼、政委曾光明到二营召集营连排干部和爆破组、突击队员开“诸葛亮会议”，讨论如何打上去。战士反映三次攻击都攻入外壕，但转来转去都找不到可攀登的路。会上讨论的结果是用加大药量的炸药包并排横放实施爆破的办法，破坏敌外壕陡壁。
二营遂展开第四次攻击。在火力掩护下，以数个爆破小组突入外壕，将炸药包横排，用事先准备好的木叉顶在陡壁上。爆破后，陡壁被炸滑坡形成了可以攀登的斜坡，突击队配备冲锋枪，一举突入，后续部队也随之杀入，与守敌展开肉搏战，敌伤亡惨重，被迫弃阵而逃。
敌军之顽强也是出乎意料之外的。彭德怀5月4日凌晨给军委的电报中称：“敌敢于白刃战，昨黄昏前夺取蟠龙东南一高山阵地（一连据守），仅俘二十人，余均被刺死”。过去认为胡宗南部整一军“不能夜战，恐惧我之手榴弹与刺刀，缺乏肉搏勇气”，但这一战斗表明，在特殊环境下敌军仍有困兽之斗的可能。
不仅于此，敌军还实施了反击。集玉峁主阵地以一个连兵力在炮火掩护下向集玉圪垯反扑，企图夺回失去的阵地。但二营准备充分，占据集玉圪垯后立即迅速改造工事，将射孔改向集玉峁方向。当敌进至手榴弹距离时，突然以手榴弹、步机枪火力打垮了敌人的反扑。该敌在我各种火力打击下，竟无法重新退回集玉峁，被迫顺山沟逃回蟠龙镇。这使得集玉峁之敌守军又减少了一个连的兵力，为之后的攻击创造了有利条件。反击战斗中，该团一参谋（营级）梁树德被集玉峁山上敌山炮击中牺牲。
十四团也是以二营为第一梯队发起进攻。上午以四连冲至敌主阵地前，因无法越过外壕，与敌隔壕对峙，互掷手榴弹，相持十余分钟后，不得不退回冲锋出发地。随即以四、五两个连和十三团五、七连再次向敌冲击，仍不成功。新四旅十六团二营也以1个连配合攻击，但猛攻数次，均未能奏效。
彭德怀决定暂停攻击，总结经验教训，讨论如何夺取敌阵地。当日上午，王震在独四旅指挥所用望远镜看见两名已经攻到铁丝网和外壕边的战士仍在不停地向敌外壕挖坑道，和顿星云研究后，向彭德怀建议用对壕作业的办法继续攻击，得到了同意。十四团立即展开对壕作业，至当日中午前，完成了任务。
集玉峁的地形险要，只有东面和北面有斜坡可上，故此敌工事、火力均集中于这两个方向。独四旅旅长顿星云、参谋长马森反复观察，认为南面是敌防御的薄弱环节。南面有一条300多米长，20多米深，30多米宽的沟，沟两边是黄土质悬崖，顿星云等令十三团派一个连，于前一天夜间在悬崖上秘密挖掘小道，并在悬崖顶端我方斜面上，分散挖掘了能隐蔽1个连的猫耳洞。十三团以第二连负责挖掘任务，拂晓前完成，换下二连休息，以第六连带干粮和水进入猫耳洞，执行突击任务。
当日下午15时，二纵将炮火移至集玉圪垯东山准备向敌行抵近射击时，发觉敌已经动摇逃窜，遂未待炮火掩护即发起攻击，暗壕里的部队偷至敌外壕边炸开缺口，十三团乘浓烟弥漫之机突入外壕，迭成人梯越过外壕内壁，将敌投弹组打垮。山后之敌的反冲击又被事先准备好的手提机枪组击溃，遂乘势攻上敌人大碉堡。十四团、新四旅部队亦相继突入，各自消灭了集玉峁西侧和北侧之敌，迫使残敌向第二主阵地——苦菜梁——逃窜。据王恩茂日记，“该主阵地原是敌一六七旅四九�