10月28日拂曉，趙文治團800余人由毛溝門西辛家溝、南側山嶺兩路襲來。擔任警戒的紅軍戰士發現敵騎尖兵后，迅速鳴槍報警。這時，剛剛起床的紅軍戰士，有的在操練，有的幫助群眾打掃院落，歸還用物。聽到警報，各部迅速集結。劉志丹、王泰吉接到報告，命令耀縣三支隊占據毛溝門西玉皇廟崗阻擊敵人，陜北一支隊掩護群眾轉移，紅軍指揮部、紅四團等部迅速占領墩梁山有利地形。劉志丹、王泰吉率指揮部機關及警衛連剛登上墩梁山前的陳家峁，毛溝門已傳來激烈的槍聲，一場惡戰已拉開陣勢。這時，劉志丹又從望遠鏡中發現，譚世麟民團的馬隊已集結在墩梁山北側的蔣塬上，企圖切斷紅軍東去的退路。紅軍腹背受敵，形勢更加險惡。劉志丹命紅四團騎兵連掩護在毛溝門阻擊敵人的耀縣三支隊向墩梁山撤退；強世卿率部分戰土占領墩梁山以東毛畔山一帶制高點，阻擊譚部，防止其從后偷襲。劉志丹和王泰吉迅速查看了周圍地形：陳家峁是一道由3座山峁相連的山嶺，南通寺溝，北接趙溝，西臨元城河，山下坡度平緩；東靠墩梁山，中間有一道崾峴相連；墩梁山山高坡陡，山坡上長滿狼牙刺等灌木，中間有3條鹼塄，山頂上有一座高聳的古烽墩，地形對紅軍守衛十分有利。劉志丹、王泰吉與其他領導根據紅軍人少武器差的實際，果斷決定，在墩梁山設伏殲滅這股頑敵。

上午9時，紅軍已全部撤至陳家峁，趙文治團大隊人馬也已涉過元城河，在機槍的掩護下，由谷家坬、柳樹坬、石溝陽山三路嚎叫著向山上撲來。劉志丹、王泰吉命指揮部機關向墩梁山東側石溝灣掌轉移，少年先鋒隊扛著紅旗沿東山嶺前進，佯裝逃走，迷惑敵人；紅四團、義勇軍、耀縣三支隊的精兵在墩梁山坡埋伏，集中全軍手榴彈供伏兵使用；紅四團騎兵連和指揮部隱蔽在山頂烽墩后，嚴陣以待；留少部紅軍在陳家峁阻擊敵人，邊打邊退，誘敵深入。趙文治團沒有遇到多大抵抗就順利登上了陳家峁，趙文治看到紅軍向東撤退，以為紅軍懼其淫威，怯戰逃跑，即令其部隊緊迫不舍。敵軍依仗人多勢眾，武器精良，根本沒有把紅軍放在眼里，毫無顧忌地蜂擁向墩梁山沖來。在山頂指揮的劉志丹望見敵軍大部翻過崾峴進入伏擊圈后，一聲令下，埋伏在灌木、草叢中的紅軍戰士一排排密集的子彈射向敵陣，跑在前面的敵人一層層倒下；一束束手榴彈在敵群中開花，炸得敵人血肉橫飛。霎時，墩梁山坡前硝煙滾滾，馬嘶人叫。槍彈聲、喊殺聲震撼山谷。驕橫一時的趙文治團被突如其來的襲擊打得暈頭轉向，驚恐萬狀，哭爹喊娘，不戰自亂。劉志丹乘機下令紅軍全線反擊，在嘹亮的沖鋒號聲中，劉志丹、王泰吉、王世泰等紅軍指戰員身先士卒，分別帶領各部向敵人沖去。紅軍戰士猶如猛虎下山，個個英勇無比，敵軍全線崩潰。躲在陳家峁的趙文治見勢不妙，急忙乘馬在護兵簇擁下逃之天天。敵軍失去指揮，群龍無首，如烏合之眾，大部分丟掉槍械，抱頭鼠竄；有的干脆跪在地上，舉起雙手等著當俘虜。紅四團騎兵連將一股逃敵六七十人追至嶺南杜梨樹山全部活捉。紅軍其他各部從陳家峁南、北、中三路將敵直追至溝底，殘敵丟下留在川臺上的武器、彈藥等輜重，倉皇沿元城川向南逃去。躲在蔣塬的譚世麟原與趙文治約定，由趙部正面進攻，譚部在紅軍背后夾擊，但狡猾的譚世麟曾多次與紅軍交手，屢遭慘敗，深知紅軍的厲害，這次又生怕吃虧，從開始就留了一手，見紅軍占領山頭，就按兵不動，坐山觀虎斗，等待紅軍失敗后再從背后進攻，當看到趙團潰敗后，就來了個腳底抹油，1留之大吉，急忙率部退回元城。

毛溝門戰斗，紅軍以少制勝，擊敗數倍于己的強敵，從墩梁山至陳家峁下，敵兵橫尸遍野。清理戰場，共打死打傷敵人120多人，活捉100余人，繳獲各種槍械200余枝及大批彈藥、輜重等。僥幸逃脫之敵，也被紅軍嚇破了膽，成了驚弓之鳥。退到悅樂上堡子的趙文治殘部當晚又被譚世麟民團駐下堡子閻拐子連假裝成紅軍繳了不少槍支彈藥，只得連夜逃走。逃回慶陽城的殘兵敗將不足300人。趙文治團從此一蹶不振，再也沒有恢復團的建制。大獲全勝的紅軍，在劉志丹、王泰吉率領下，押著俘虜，帶著戰利品當晚宿營柔遠川大溝門、鴨兒胍一帶，稍作休整后，又繼續東進，踏上開辟南梁革命根據地的征程。