刘湘一贯迷信神道，他拜一贯道道首刘从云为军师，并兼模范师师长。同时，他还支持刘从云设神坛讲道，要全军将校都拜刘从云为师，并按官阶大小赐以法号。刘从云又将模范师训练成所谓“神军”，吹嘘“神军”刀枪不入。刘湘本人也拜刘从云为师，法号“玉宪”。刘湘除以神权来团结21军部属外，还企图用神权来统一四川。四川军阀素来思想落后迷信，纷纷拜刘从云为师。刘文辉法号玉猷，邓錫侯法号玉齐，杨森法号玉勇，潘文华法号玉羽，唐式遵法号玉江，王赞绪法号玉鲍，范绍增法号玉泉，王陵基法号玉道。刘湘每有重大行动和意想，都转托为刘从云的神旨作启示，要求本军将校或各路大小军阀遵守奉行，不能违背天意。
６月初，刘从云在潘文华、彭韩等随同下，到南充就任四川“剿匪前方军事委员会”委员长，指挥1至6路前方作战部队。他狂妄宣称：“只需36天，我将36天罡遣齐之后，不费吹灰之力，共匪自然消除。”刘从云说神道鬼，靠占卜推算来指挥作战，连国民党的报纸也不相信：“刘从云即世所谓刘神仙，一片神话，毫不知兵，识者预测剿匪前途，将受以外之挫折。”（许世友《我在红军十年》第272—273页。）
6月15日，西线红军主动放弃通江、得胜山一带阵地，并于21日第二次通江城。东线红33军第297团在游击队配合下向东出击击溃第6路王三春、陈国枢部千余人，攻占城口，并乘胜向庙坝、双河口等地进攻。唐式遵得悉城口失守，唯恐红军攻占明通井盐区，南下开县、云阳、奉节、万县等地，与湘鄂川红二、六军团会师，急调第五路之1、2、3师及廖雨辰师由通江东调万源附近，以加固右侧防线。同时，刘湘也不得不改变原定于于6月22日发起全线总攻的计划，命令各路提前于6月15日向城口、万源、通江全线进攻，以阻击红军向南发展，与贺龙会师。此时，刘从云已到前方指挥第四期总攻，时遇红军从通江主动撤退，于是吹嘘他“占卜有灵”并发表了“36天消灭****”的宣言。
红军经过多次收紧阵地后，已退至东起万源以东的甑子坪，西至通江，北迄川陕交界的米仓山，纵横不过百余里的地区。根据地总面积缩小到1万多平方公里，若再退将被逐出川北。坚守万源、通江已成为事关川陕根据地存亡的大事！
6月15日，第5路总指挥唐式遵不顾其他各路还未行动，即令第5、6路部队在飞机助战下，率先向万源、城口发动进攻。敌我往返冲杀十余日，红军阵地岿然不动，唐式遵第一次进攻失败。
在西线。红四方面军鉴于敌主力东移，调动与分散敌人的目的达到，遂以红9军第25师等部坚守万源城以南至通江城以北一带阵地，集中了10余个团的兵力准备于西线贵民关、观光寺之间的分水岭地区实施反击，得手后迅速转入反攻。6月26日，邓錫侯第1路进分水岭一线攻红军阵地。红军在予敌打击后，于27日拂晓分三路冲入敌阵，实施反击。右路红军在官田坝包围敌2个团，消灭500余人。中、左路红军连续攻破敌人十几道阵地，直逼敌主阵地马鹿寨。当日夜，大雨倾盆，小通江河水猛涨，又因作战区域狭小，红军攻击受阻，与敌形成对峙。方面军遂停止反击，将部队撤至小通江河以东，在北起碑坝，南至鹰龙山一线与敌隔河对峙……
7月1日，东线红军主动撤出城口，在万源至通江一线有力地阻击了敌人的进攻。刘湘的第四期总攻未达到预期目的。此时，红四方面军总部移驻万源城东南的帽儿顶。此时，唐式遵正在策划对万源发动第二次进攻，前线趋于沉寂。徐向前和陈昌浩乘此战斗间隙，在万源城内主持召开军事会议。出席会议的有红30军政委李先念、副军长程世才，红4军军长王宏坤、政委周纯全、副军长刘世模、政治部主任兼第12师政委徐长勋，红9军副军长兼第25师师长许世友、第25师政委陈海松，省苏维埃主席熊国炳以及东线红军少数营团干部数十人。会议确定了坚守万源，准备从东线开始反攻的作战计划。计划首先在东线击破刘湘主力第5路，尔后转师向西横扫第1、2、3、4路敌人。会议还确定了当前的作战方针：充分利用万源一线有利阵地，以少数兵力实施坚守防御，继续给敌第5路以重大消耗，而将红军主力集中在第二线，加紧政治动员和军事训练，全力准备反攻。徐向前在讲话中全面而精辟地分析了敌我情况后指出，万源保卫战是关系到川陕革命根据地和川陕红军生死存亡的一场战斗。全军上下要一致行动起来，发扬红四方面军不怕艰苦、不怕流血牺牲、英勇善战的优良传统，誓死保卫万源。他还要求红军将士在坚守防御中，采取各种战术手段，继续大量杀伤敌人，为全面反攻创造条件。会议还决定东线以红25师担任主要方面的防御任务，坚守万源以南的大面山，抗击敌人主力的进攻；红4军第12师大部坚守万源西南的玄祖殿，配合红25师作战；红33军一部和红12师两个营坚守万源以东的花萼山，主要抗击由城口方向进攻的土匪王三春部；红12师第35团于万源以北的滚龙坡地区警戒陕南敌人；红30军第88、89师和红31军两个团为预备队，分别配置于万源以东的孔家山和万源西南的南天门地区。西线红军在小通江河一带牵制敌第1、2、3、4路，配合东线红军作战。会后，红军在地势险要、山高林密的甑子坪、大面山、孔家山、南天门、鹰龙山、云雾山一带构筑了一条长约400华里的半圆形的坚固防御阵地，展开了保卫万源的战斗。
围攻红军的各路军阀内部矛盾仍然十分尖锐，各取观望之策，行动迟缓，致使刘湘的第四期总攻迟迟不能施行。直到7月上旬，刘湘才在万源方面集中了10个旅以上的兵力。左翼通江方面，范绍增师4个旅及陈南亭部已全部右移；王三春、王三友部于7月7日占领城口。此时，刘湘令刘从云占卜总攻日期。刘从云卜定7月11日是所谓“黄道吉日”，为各路军阀总攻日期。接着，刘从云以前方军事委员会委员长身份下达了总攻令，并以黄缎包裹，用飞机分投各路总指挥部。
第1、2、3、4路部队在刘湘数次催促下，开始向红军西线阵地发起全面进攻，但是，各路军阀指挥不统一，动作不协调，且各怀鬼胎，不肯用力攻击。在红军顽强阻击下，4路部队停滞于小通江河西岸，难以向前推进。
在东线，7月11日，第5路总指挥唐式遵率第5、6两路进攻万源，与红军展开了激烈的攻防战。12日拂晓，唐式遵在以主力进攻大面山红25师阵地的同时，又以1个旅另1个团的兵力攻击红25师玄祖殿阵地。红军依托峰峦叠嶂、林茂木繁、易守难攻的玄祖殿阵地，居高临下，近战歼敌，打退了敌人多次进攻。午后，敌官兵烟瘾发作，呵欠连天，随之漫山遍野躺下吞云吐雾。许世友立即派出数支小分队对敌突然袭击，給敌以大量杀伤。唐式遵以4个团的兵力仰攻玄祖殿2日，死伤累累，而红军阵地巍然不动。16日，唐式遵又以8个旅的兵力进攻大面山、孔家山和南天门。进攻部队在飞机大炮掩护下，采取人海战术，波浪式冲锋，一次接着一次地向红军阵地攻击。红军则居高临下，待敌近前至几十米时，各种火器一齐竞发，滚木礌石倾泻而下，打得敌人抱头鼠窜。红军又乘势出击，猛打猛追，把敌人赶下山去。唐式遵在红军顽强抗击下，伤亡惨重，进展甚微，不得不暂停进攻，调整部署，准备再攻万源外围红军阵地。22日，唐式遵对万源发起第二阶段总攻。在坚守大面山、玄祖殿、甑子坪、老鹰寨、南天门、花萼山等阵地红军的顽强抗击下，唐式遵部队陈尸遍野，未能突破红军阵地。24日，唐式遵又以7个旅以上的兵力，在狭窄的清花溪地区进攻红军大面山、甑子坪、玄祖殿等阵地。林毅率第4、9旅两旅拼死突破了红25师大面山前沿的南池坪、袁家山阵地，接近大面山主阵地。红军营的敢死队、团的预备队都投入了与敌殊死反复争夺前沿阵地的战斗。
这时，身在后方的张国焘打电话询问前方指挥员：“大面山能不能守住啊？”并说“敌人多啊”，“我们可能顶不住啊！”前方吃紧，总指挥徐向前心急如焚，他来到大面山前线视察，对许世友说：“大面山是全线的重点阵地，一定要守住。你们右翼的30军，左翼的4军，都打得很顽强。敌人还会发动更猛烈的进攻，你们的任务是极其艰巨的。”许世友坚定不移地回答：“横竖是有我无敌，有敌无我，有我们25师在，敌人就休想过大面山！”徐向前满意地说：“相信你们，等着你们的胜利消息！”（许世友《我在红军十年》第276—278页。）
此间，唐式遵又令彭焕章旅、刘光渝旅、刘育英旅分别进攻红军老鹰寨、玄祖殿阵地，但都遭到红军沉重打击，毫无进展。唐式遵却认为，各部虽进展缓慢，但已接近红军主阵地。为夺取万源头功，他下令第5、6路于25日大举会攻万源。首先，他以5个旅进攻大面山、孔家山，2个旅进攻玄祖殿。同时，他集中了大量的山炮、迫击炮不停地轰击红军阵地，又要来飞机疯狂扫射轰炸，摧毁了红军数道防御工事。炮击一停止，唐式遵又集中大量轻重机枪对红军进行压制性射击，同时令部队以密集队形进攻红军阵地。
在大面山红25师阵地上，蝗群般的敌人快要攻上山顶时，突然雷声隆隆，闪电似剑，大雨如注，官兵惊骇不已，加之饥渴难耐，体力衰竭，坡陡路滑，攻势明显减弱。当是时，许世友令红25师以泰山压顶之势，由正面和两翼发起反击。红军从师长到战士都舞着纯钢大刀，直杀得敌人顿时溃散，尸满沟壑，血雨四流。时在党家坡高地指挥督战的唐式遵见状，急令各部拼死抵抗红军的反击。红军用密集的手榴弹和轻重机枪织成强大的火网给敌以大量杀伤，敌纷纷向山下逃窜。红军乘势追击，冲入敌群，大刀挥处，敌尸横野。唐式遵急令炮兵射击，阻止红军追击。红军停止追击，唐军才得以退回攻击出发阵地。
在玄祖殿阵地上，张才千指挥红12师打退了敌人五六次冲锋。下午一时许，敌人约1个团的兵力仰攻至三星拜月山半腰时，突然天降大雨，在督战队的大刀威逼下，敌人冒死继续攻击。张才千令预备队加入反击，不到半个小时，红军歼灭该团大部，残敌逃回清花溪。此时，孔家山、花萼山一线红军也打退了敌人的进攻。唐式遵在这次进攻中损失了1万人左右。
刘湘见万源久攻不下，又接连损兵折将，便严罚重赏，宣称：攻占万源奖洋1万元，攻占花萼山、孔家山各奖洋4千元，攻占大面山、大竹溪、梨树溪、灯盏窝各奖洋2千元，攻占玄祖殿、老鹰寨、香炉山、黄中堡各奖洋1千元。刘湘还规定：擅自放弃阵地者军法从事；师长、旅长在其所属两旅、两团上阵而不亲临前线指挥者处死。
8月初，唐式遵获知红军存粮将尽，日食面糊仅二餐仍不能保证，有时只能吃些山果、野菜和半生不熟的土豆充饥。于是，他在刘湘严令和重赏之下，加紧策划第三阶段总攻。他以第1师和王三春、陈国枢部进攻甑子坪、花萼山，迂回万源东侧；以第6路的廖震、汪铸龙两部进攻南天门，迂回万源西侧；以第2、3师等部向万源正面的大面山、孔家山等地进攻。同时，刘湘还令其他各路军阀全力配合唐式遵总攻万源。
8月6日拂晓，唐式遵向第5、6路发出总攻令，并发誓：“要在日内将万源攻下！”这次，他采取大纵深、多梯队的人海战术，在强大的炮火准备后，命令各旅、团长督率营以下军官组成的敢死队打前阵，又以整团的兵力紧随其后轮番攻击。红军指战员在战斗中逐渐摸到了唐式遵部队“一轰、二攻、三松”的进攻规律，沉着应战，近战歼敌，打退了唐式遵数次进攻。
攻势受挫，唐式遵又调整部署，以第3师师长许绍宗指挥第1、7两旅专攻老鹰寨；以第6路廖震师附独立第1团杨勤安部专攻大面山；又派出数股部队进行游击，牵制红军兵力。激战至晚，红25师予敌以沉重打击后，撤至大面山主阵地。当晚，唐军在在红军阵地前驻守，并纷纷扯起雨布，倒在一起抽大烟。许世友和陈海松随即组织指战员瞄准唐军忽明忽暗的烟枪火光，练习夜间实战射击；同时派出小分队偷袭敌人，打得唐军夜不能寐。
8月7日晨，唐式遵令两个旅轮番进攻红25师第75团防守的青山阵地。团长韩东山指挥3个连顽强抵抗。敌人凭借优势兵力，很快突入红75团部分阵地。韩东山急令团第二梯队投入战斗，在友邻部队的有力配合下，终于打退了敌人两个旅的进攻。在大面山阵地，唐式遵以4个旅的兵力轮番猛攻红73团阵地。红军前沿阵地仅有2个连，战斗不久，前沿防御物鹿砦、木城起火。敌廖震师乘势突破了红军两道战壕，陈岳指挥该旅攻至红73团主阵地，距许世友的师指挥所老鹰寨仅200多米。许世友急令第73团团长刘理运：“把敢死营拉上去，一定要把敌人打回去！”刘理运率敢死营与前沿红军用大刀和手榴弹将突入阵地的敌人赶出了阵地。此时许绍宗趁红军在大面山、青山激战之时，指挥彭焕章的第1旅和赵鹤的第7旅从红73团和红75团结合部突入红军阵地，两旅之先头部队攻至老鹰寨红25师指挥所山脚下。战况十分危急！许世友果断命令第74团团长潘幼卿：“按照预定方案出击，坚决把突进来的敌人吃掉。73、75团用火力支援你们！”当精疲力竭的敌人刚接近老鹰寨时，红74团以突然而猛烈的火力給敌以沉重打击，并乘敌混乱之际发起反击。许世友以按捺不住战斗的激情，舞着大刀，率领师直属分队杀向敌人。经过激烈战斗，突入老鹰寨的敌人被全歼。许绍宗见势不妙，急率部退回原阵地。当日傍晚，唐式遵向红25师攻击的势头减弱，。许世友抓住时机，命令全师全线反击，唐军狼狈后退。红军乘胜追杀敌人七八里，将敌人赶至大面山山下的白沙河边。
在玄祖殿阵地上，8月7日，唐式遵以两个旅的兵力向红12师发起多次进攻，竟毫无进展。下午，红军乘敌烟瘾发作，腿酥脚软之时，组织多路出击，将进攻之敌打退。坚守花萼山等地的红军也打退了数旅敌人的进攻。
至此，刘湘以夺取万源为目的的第四期总攻失败。红军经过70余日的艰苦防御作战，大量消耗了敌人的有生力量，仅第5路军在万源的3次总攻中就被歼14000余人。此时，西线红军也积极牵制敌人，逐次收紧阵地，退守通江平溪坝一线。西线各路军阀部队亦在红军节节抗击中损失惨重，兵疲力竭，与红军形成对峙。
