由于杨森兵力强大，第二混成旅孤军难挡。张冲奉命率全旅撤出万县，开往梁山一带。杨森乘虚推进，连占川东各县，沿梁（山）垫（江）大道和沿汪之路向重庆进攻。4月2日，重庆告急，但懋辛飞令刘伯承救援。当夜，刘伯承率部直达重庆以北的两路口，准备经关口尝旱土沱、沙坪场进行增援。不料担任这一带防务的第一师李萼旅被敌击败，放弃关口场退往黑石子。
刘伯承估计在敌我兵力悬殊的情况下重庆已难守住，自己所率两个团这点兵力也难以扭转危局。4月3日深夜，他写信给但懋辛，分析了当前敌集大军兵临重庆城下，本方仅有少数兵力与之对抗，实属独木难支的情势。主张打不赢就走，不能硬拼。建议主动放弃重庆，以集中本方兵力，待机反攻。
次日晨，但懋辛派人送来回函：“适接兄23时半函，具悉一切。此时若退出重庆，则全局瓦解。我兄既到两路口，即请以全力向唐家沱、黑石子方向横击敌人力要。时机万迫，火速进行。千万！千万！”
刘伯承阅过信函，只得服从命令，率领本路向黑石子前进。在寸滩与敌展开激战。无奈敌势强大，友邻第六师一个旅又不肯协同，第一路成了一支孤军。为了避免被敌围歼，刘伯承不得不率部突围到鸳鸯桥，再退合川。
4月6日重庆失陷。讨贼军中一些人乘机指责和中伤刘伯承，把战争失败的责任推到他身上。这些人有的是出于嫉妒，有的是为了诿过。刘伯承感到十分沮丧。这样的事已不是第一次了。有功被压制，无过遭非议。种种委屈和愤懑一齐袭上心头，他提笔向但懋辛写了一份辞职报告：报告4月14日于合城商会指挥部呈为职请撤差查办、另简贤能、以利前途事。窃昭庸材多病，早甘雌伏，此次奉委斯职，即恐陨越，迭辞未蒙允许，不得已始尽绵薄至于今。兹每念无补时艰，无任内疚。
溯此次战事，职路计经三役，除万县团寨子一役系单独动作未遭失败外，磨刀溪、寸滩两役均系奉今协同友军实行任务，卒以当时首当其冲，伤亡过大。厦之将倾，独木难支，以致败北。各方不谅，交相责备，谓昭为令军失败之大罪人。以军人不能致胜疆场，信有罪矣，然视所属官兵伤亡之众，武器损耗之多，神明负过，已属难堪，而败北之咎复集于昭，中心傍徨，莫知所措。住者人地尚可查考，是非不难分别。未来前途关系本军生存，如不另委贤能，以资挽救，则何以收军事之最后胜利，而拯人民于水火。谨恳立予褫职，交旅部看管，静候彻底查办，并简贤能接任指挥官职务，以资进行。明知战时去职，遗羞军界，然计军事前途之利钝，有不容一人留位之痛苦。再四思维，始得出此，临呈无任屏营待命之至。谨呈督办但第一路指挥官刘明昭但懋辛没有接受刘伯承的辞呈。大敌当前，他更需要倚重能征惯战的刘伯承。
但懋辛退出重庆后，率部西移，与在西战场作战的赖心辉、余际唐等会合。4月19日，熊克武、但懋辛、赖心辉、余际唐等在潼南双江镇部署反攻，准备分兵3路，先取成都，然后再图重庆。第一路，由第二混成旅进攻广汉，从北面包围成都；第二路，由赖心辉到隆昌集中边防军，经简阳进逼成都；第三路，由但懋辛率余际唐第六师一部及第一师一部，从遂宁直取成都。刘成勋在新津集中第三军部队，石青阳到涪陵集中川东边防军部队，以为偏师。
战役展开以后，但懋辛率第六师一部由淮口镇间道直趋成都。5月5日，与附北联军在石板滩、廖家尝黄庄一带发生激战。正当但部苦战之际，敌方陈遐龄又率3个旅的精锐赶来增援。双方在川西平原鏖战两昼夜。但部陷入敌军的包围之中，伤亡很大，情况十分危急！
这时，刘伯承正随第二混成旅转战川北，在德阳重创田颂尧师的孙震旅，接着挺进中江、金堂，随后又击败了新都、广汉一带的敌军。当得知但懋辛部告急的消息以后，第二混成旅召开军官会议商议出兵救援。不愿前去的意见占据上风，有的说：“我们北路的任务已经完成，上峰只命令我们在此担任警戒。再者，我军长途劳顿，亟诗休整。”有的说：“我们辗转川北，久战之余，难操必胜。赖心辉近在简阳，以逸侍劳，应该由赖部前去增援。”
刘伯承坚决主张应援。他猛然站起，语调激昂：“现在，敌军据有省城，又以数万兵力包围了但部，气焰嚣张已极。如果坐等敌人吃掉但部，然后移兵来夹击我们，将如何应付呢？况且会攻成都的计划也就付诸东流，所以我们必须火速援救但部。”说到这里，他话锋一转：“如果我们径向石板滩，敌军势众，难以奏效。兵法云：‘以迂为直’，不如直抵成都，拊敌腹背。
这样就可出其不意，攻其不备。”军官们听后口服心服，一致同意了他的意见。
于是，第二混成旅衔枚南指，直抵成都近郊，一举全歼邓锡侯部第三师1个旅，将其旅长刘荫西击毙。随后又直叩蓉城门户。但懋辛见到第二混成旅势如破竹，所向无敌，顿时斗志倍增，马上组织部队进行反击，很快将联军截为东西两段，使其首尾不能相顾。经过一天的激战，将陈遐龄部击溃，全歼其两个团。5月13日，讨贼军夺回成都。
敌军全线崩溃后，邓锡侯部向绵阳方向逃窜。此时，甘军以12个宫的兵力，从青川进入江油附近的中坝地区，支援邓锡侯部。刘伯承奉命率领本路部队，急行军赶到中坝，与甘军在丘陵地一带激战。经过几天的较量，将甘军12个营全部包围、缴械。缴械后的甘军官兵，立即遗散回籍，不许在川境停留。这一仗，从成都东门到中坝，往返300多华里，从出发之日到胜利回师，只用了12天的时间。刘伯承用兵之神速，震惊了敌对双方。
北洋军阀吴佩孚并不甘心失败，再次调集兵力，严令赵荣华督率五省军队，向讨贼军进攻。杨森等附北川军则在简阳迅速集结。两军协力进攻省城。
讨贼军前敌总指挥赖心辉抵敌不住，节节退却到成都东南龙泉驿。
熊克武急令刘伯承回师投入东路战斗。刘伯承在解决甘军以后，正随但懋辛部追击陈国栋等部，部队极为疲劳。但他深知龙泉驿是成都的东南门户，一旦失陷，省城即遭威胁，势必影响到西南讨贼战争的全局。于是星夜东开。
刘伯承赶到龙泉驿以后，他立即跟赖心辉部取得联系，迅速接防了龙泉驿、张飞营等一线阵地。他不顾几天几夜没有睡觉的劳顿，亲临前沿观察地形。5月26日，他亲率部队到石盘铺与敌交火，随后将敌人引到茶店子一线，当场击毙敌军团长杨天骅（杨森的侄子）。5月28日，又同敌人在柳铺沟一线进行夜战，打退敌军数十次进攻，击毙、俘获200多名敌人。敌军伤亡过半，溃退下去。
这次龙泉驿之战，刘伯承等部讨贼军鏖战4天4夜，共击毙、击伤、俘虏敌军2000多人，扭转了战局，使讨贼战争再度向有利的方向发展。熊克武听到胜利的消息，极为兴奋，随即发出通电，表彰这次“龙泉驿大捷”。
6月，刘伯承又随第二混成旅追击杨森第二军部队，当到达内江、隆昌一带时，北洋军卢金山、赵荣华和黔军袁祖铭等部，协同杨森部朝隆昌方面反扑，双方在银祥街一带展开了拉锯战，讨贼军英勇作战，重创敌人。第二混成旅也付出了很大的代价，退到内江、资中一带休整。一个月以后，北洋军于学忠、张允明、宋大需部及杨森的第二军，越过讨贼军在内江、木镇、白马庙一带的防线，再次发起攻势。第二混成旅第一路在刘伯承指挥下，迂回到敌后痛击敌军，使敌人一片混乱，北洋军和杨森部官兵争先恐后通过浮桥向大足方向逃窜，致使浮桥堵塞，敌军官兵纷纷落水，淹死者众多。
接着，刘伯承率部又穷追猛打直奔大足。敌军己是闻风丧胆，纷纷缴械投降。
当第二混成旅在夺取大足县城的时候，隆昌方面又告危急。原来吴佩孚令黔军将领袁祖铭接替赵荣华，统一指挥反熊战争。袁祖铭迅速集结重兵进犯位于讨贼军后方的隆昌。熊克武又急调第二混成旅回兵隆昌固守。不几日，敌军气势汹汹攻到城下。刘伯承率部与第二路出城迎战，在土地坡一带将敌前锋击溃，乘胜追到沪州小市背后的五峰顶。敌军据险顽抗，第二混成旅未能攻下。因连月鏖战，部队已经疲惫不堪，于是转移到玉蝉关休整。
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