红军接连突破三道封锁线，使蒋介石既对粤军和湘军的围堵不力十分恼火，又增强了其一定要将红军聚歼于湘江以东、湘桂边界以西的桂东北地区的企图。
还在红军突破第三道封锁线之前，蒋介石已判明红军南进突围的战略意图，所以他任命反共健将何键为“追剿军总司令”，“中央军”嫡系薛岳为“前敌总指挥”，统领湘、粤、桂军和“中央军”，共26个师、30余万兵力，全力“围歼”红军。蒋介石的“围歼”计划分为两个步骤：第一步，堵截红军于潇水以东地区，在宁远的天堂圩与道县间进行合击。此一步骤若不能实现，第二步，则是聚集各路大军，阻截红军于桂东北至湘江以东地区，在湘江之滨聚歼之。
国民党早在红六军团西进时，就作了守备湘江沿线的准备，在桂东北、湘西南沿江两岸筑起大小碉堡共550多座。这次，凭借其优势兵力和精良装备，再加上湘江“天堑”(国民党军吹嘘这个地区是“铁三角”），各路“追剿”的任务就是要“铁壁合围”。
蒋介石为了将红军“围歼”于他设置的第四道封锁线，亲自在南昌行营督战。他给何键写信，指出“党国命运在此一役，望全力追剿”；并赠与一首唐诗：昨夜秋风入汉关，朔云边月满西山；更催飞将追骄虏，莫遣沙场匹马还，充分表露了其“剿共灭红”之心。
但是中共中央领导人博古与军事顾问李德等都对敌情估计不足。早在1934年11月17日，他们就已获悉何键企图将红军歼灭于湘江、潇水以东地区的计划，但直到24日还认为“目前尾随之敌其行动仍极慎重，表现为无急追之心，而系相机进展的性质”。因此，他们迟迟没有定下迅速渡江的决心。
11月25日，红军大部从湘南道县与水口（今江华）之间渡过潇水。蒋介石在第一步计划落空后，严令湘、桂两军按原定计划，对已过潇水的红军先头部队进行夹击，对未过潇水的红军余部进行堵截，务必全歼红军于湘江以东。是日，中共中央、红军总政治部发布《关于我野战军进行突破敌人第四道封锁线渡过湘江的政治命令》，要求红军抢渡湘江，迅速突破敌人的第四道封锁线。
这时，何键的“追剿”军两个师正由东安向全州、咸水一线急进；第二路一部进至零陵、黄沙河一线；第三路由宁远进至潇水以东之道县地区；由全州、兴安南撤的4个师也向灌阳及其西北前进，企图配合“追剿”军围歼红军于湘江以东地区，红军面临的形势十分严峻。
中央红军按照中共中央、红军总政治部和中革军委的命令，昼夜兼程地向湘江急进。11月27日，红一军团先头部队第二师顺利渡过湘江，控制了界首到觉山铺之间的渡江点，并在附近架设浮桥。28日，红一军团主力经鞍山坝到达石塘圩。同日，红三军团第四师先头第十团渡过湘江，进至界首以南光华铺、枫山铺地区。红五军团扼守蒋家岭、永安关、雷口关地域，迟滞追击之敌，掩护后续部队通过。军委纵队已进到灌阳以北的文市、桂岩一带，距湘江渡河点只有80多公里，这时如果轻装急进，还可迅速渡过湘江，减少损失。但是，博古、李德等人仍不肯把那些“坛坛罐罐”抛弃，以致红军主力部队的机动能力受到严重限制，行动十分迟缓，每天只能走20多公里，足足走了4天才到达湘江边，致使湘江两岸的部队为了掩护全军渡江，与优势敌军展开了异常激烈的战斗，付出了十分惨重的代价。
当红军两翼前锋已抢占渡口和作战阵地，正等待军委纵队之时，国民党中央军已撤回道县进行追击；湘军已进入全州，占领部分渡口并封锁湘江，进行堵截；桂军已回师灌阳进行阻击。这样，敌军在总体上已形成南北两方、一头一尾妄图围歼红军的格局。那时，对于敌军各部的个性特征流传着一种说法：滇军黔军两只羊，湘军就是一头狼；广西猴子是桂军，猛如老虎恶如狼。红军要突破国民党的湘江防线，势必要同湘桂虎狼猴军进行一场恶战。惨烈的湘江血战不可避免地发生了。
11月28日凌晨，红军突破敌军湘江防线的战役开始了，首先打响的是红三军团红五师在新圩对桂军的阻击战。中革军委命令红五师“不惜一切代价，全力坚持三天至四天”，掩护中央两个纵队过江。红五师师长李天佑是广西临桂县人，贫苦农家出身，长征开始后，他和政委钟赤兵率领红五师一直担任红三军团前卫，掩护军团主力突破了国民党军的三道封锁线。在中革军委下达抢渡湘江的作战命令后，他率两个团立即赶赴灌阳、新圩，阻击桂军，保证全军左翼安全。
新圩，位于灌阳县西北部，距湘江渡口七八十里，是桂军到湘江的必经之地。11月28日晨，红五师阵地刚部署完毕，桂军7个团沿着江边公路向五师阵地扑来。敌方凭借兵力数量和武器装备的绝对优势，展开猛烈进攻。天上敌机低空扫射，地面敌炮连珠轰击，敌步兵作集团式轮番冲锋，但红五师无所畏惧，顽强阻击。这一天，桂军只占领了几个小山头。以“小诸葛”著称的白崇禧大骂部属指挥无能。部属实告：红军部队是彭德怀的三军团第五师，从师长李天佑到团营连长，很多官兵都是广西人，对这一带很熟悉，有的原来是我们的部下；他们很能打，难攻克。于是，桂军又投入新的兵力，加派飞机参战。29日和30日，战斗更加激烈。红五师指战员拼死坚守阵地，与敌军反复争夺山头，进行白刃战，击退敌数十次进攻。战至30日下午，完成阻击任务后才奉命撤离。红五师浴血奋战三昼夜，师参谋长胡震牺牲了，两个团的团营连干部也大部分壮烈牺牲。全师3000多人，损失达2000多人。
11月29日，敌第一路“追剿”军一部由全州向觉山铺的红二师发起进攻，一部向黄沙河开进；其余四路“追剿”军正分别向道县、文市等地红军后卫部队进攻。桂军李宗仁、白崇禧将其主力分为两路，一路由灌阳地区北上，向湘江东岸的红军进攻；一路由兴安向湘江西岸的红军进攻，企图夺回渡江点。于是，在湘江两岸，红军与各路敌军进行了一场血与火的生死大搏斗。而这天战斗最激烈的是兴安界首光华铺阻击战。
光华铺距湘江主要渡口之一界首只有6里路。这里为一片宽广的丘陵地，坡度不大，视野较开阔，打仗不宜选作防守阵地。但是，担任前卫的红三军团红四师不能作别的选择。为了阻击由全州攻打过来的湘军和由灌阳追过来的桂军，保证中央纵队顺利过江，只有在这里背水一战。在这里承担阻击任务的，只有红四师的红十团，要迎击桂军四个团的猛烈进攻。为此，彭德怀将军团指挥部设在湘江西岸离界首渡口仅200多米，且靠近江边的一座叫三官堂的祠堂里。这里虽无任何隐蔽物，但地势稍高，能观察渡口情况。他亲自指挥这场关系重大、异常严酷的阻击战，有三天三夜没合过眼。
29日晚，桂军四个团全部出动，凭借熟悉地形的有利条件，企图对红军进行夜袭。擅长夜战的桂军突破红军在光华铺的阵地，直插界首渡口。红十团发现敌人后，命令时任三营营长的张震率部堵击，坚决截住。
红三营奉命堵击，同敌军短兵相接。夜里漆黑，展开混战。30日拂晓，红军虽已消灭大部敌人，但界首渡口西岸失守。此时，中央第一纵队即将抵达东岸准备渡江，情况万分危急。团长沈述清率领一、二营直奔渡口，经过多次冲杀争夺，最后消灭了敌军，夺回渡口，加强守备力量，巩固了周围阵地。但在继续争夺的战斗中，沈团长和代理他的红四师参谋长杜宗美都中弹牺牲。到了中午，敌军两个团在被红军打得尸横遍野后才占领光华铺；敌军另一个团沿湘江东岸向界首渡口进逼。这时，红三军团长彭德怀一方面紧急调四师两个团来接应红十军团，另一方面又令五师一个团迅速打击东岸立足未稳之敌。黄昏后，中央第二纵队开始过江，红军全师向处在高处的光华铺之敌发动反攻，经过又一夜艰苦战斗，终于守住了红军阵地的第二道阻击线。天亮，已是12月1日。完成新圩阻击战任务的红五师主力赶来，与红四师一道阻击住了敌军数十次连续进攻。直到中午时分，中央纵队安全过江，穿越桂黄公路后，这部分红军才奉命撤离。
11月29日开始的全州觉山铺阻击战，是湘江血战中敌我双方投入兵力最多的战斗。觉山铺北距全州20里，南离界首50多里，是敌军抢占湘江主要渡口的咽喉要冲。作为保护中央纵队右翼前锋的红一军团在27日过江后，其红二师在觉山铺一线阻击从北面全州县城开来的湘军三个师。急于南下封锁湘江的湘军，在29日清晨向红军阵地发动猛烈进攻。数十门大炮和数架飞机狂轰滥炸，将红军阵地前的松树林炸得只剩下一根根树桩。11月30日凌晨，红一师两个团在湖南潇水完成阻敌任务后，急速赶来投入战斗。红一师刚到，部队非常疲劳，但马上进入阵地。这一天的阻击战进入高潮。敌人第一次冲锋很快被打垮，丟下了几十具尸体，又组织第二次冲锋。随着敌冲锋次数的增多和投入的兵力越来越大，阵地上硝烟弥漫。红军利用有利地形顽强阻击，敌军尸体越来越多。战至下午，敌人从三面向红军阵地围攻，红军多处阵地失守，红五团政委易荡平负重伤。这时，敌军端着刺刀上来了，易荡平政委要求他的警卫员向他开枪。警卫员泪如泉涌，手直打颤。易荡平夺过警卫员的枪，实现了决不当俘虏的誓言。四团政委杨成武同志也负了重伤。经过一天拼杀，红军还是守住了主要阵地。
12月1日这天，对于中央红军生死攸关。因为三分之二的部队还未过江，而敌军已疯狂逼近，不惜一切代价与红军前锋部队抢夺渡口。凌晨一时半，中革军委向全军下达紧急作战命令。
“一日战斗，关系我野战军全部。西进胜利，可开辟今后的发展前程，退则我野战军将被层层切断，我一、三军团首长及政治部，应该连夜派遣政工人员，分入到各连队去进行战斗鼓动。要动员全体指战员认识今日作战的意义，我们不为胜利者，即为战败者。胜负关全局，人人要奋起作战的勇气，不顾一切牺牲，克服疲惫现象，以坚决的突击，执行进攻与消灭敌人的任务，保证军委1号1时半作战任务的全部实现。打退敌人占领的地方，消灭敌人进攻的部队，开辟西进的道路，保证我野战军全部安全穿过封锁线，应是今日作战的基本口号。望高举胜利的旗帜向着火线上冲去！”
在军事史上，为了打一仗，像这样既下军事命令又下政治指令的情况，太罕见了。在政治指令中，将战斗的严重性说到如此地步，也不多见。仅此，即可见当时战局的危急程度。那时掌握全局的中央的感觉即是如此，历史也证明确系如此：牺牲已到最后关头，生死存亡在此一举！
在12月1日这一天，战斗空前激烈。国民党各军向红军各部发起全线进攻，妄图实现蒋介石下达的“务求全歼，毋容匪寇再度生根”之目的。在觉山铺的战斗已白热化。红军将士以顶天立地的英雄气概面对如狼似虎的敌人，弹药用完了，就与敌人展开肉搏厮杀。前面的战士倒下了，后面的指挥员顶上去，前仆后继，用血肉之躯筑起屏障，为中央纵队和后续部队过江争取更多的时间。后面的部队不分白天黑夜，不顾饥饿疲劳，争分夺秒，急奔湘江渡口。浮桥炸断了，会水的战士泅渡，不会水的战士拉着连接的背包绳过江。敌机疯狂向江中人群扫射，敌弹在抢渡的部队中炸开。倒下的红军不计其数，殷红的鲜血将碧绿的湘江染成了“赤水河”，烈士的尸体和遗物浮满江面，顺流而淌。此战之残酷，惨不忍睹，以致后来当地老百姓有“三年不食湘江鱼”的说法。
至12月1日中午，中央纵队和红军后续部队过了湘江，湘江东岸8个师的红军有6个师在作出巨大牺牲后也过了江。下午17时，敌军占领全部渡口，严密封锁了湘江两岸。打掩护的包括3个军团的红军后卫部队无法过江，或被击散，或被围歼。其中红三军团第六师第十八团，与桂军3个师激战两昼夜，奋力掩护红八军团过江后，被桂军分割包围，在宁远陈家背地区与数十倍于己的敌军作战，大部分壮烈牺牲。六师的另两个团也伤亡很大，全师基本上不成建制。作为红军西征转移的最后的总后卫队——红五军团第三十四师在冲破桂军包围，急行军赶到湘江而不能渡河后，师长陈树湘又率部回征湘南，转战江永、江华、道县，终因弹尽粮绝，寡不敌众，被敌人截击、包围，最后部队所剩无几。陈树湘师长在道县身负重伤被捕，敌人用担架抬着他去邀功。他乘敌不备，用手从腹部伤口掏出肠子，用力绞断，壮烈牺牲，年仅29岁。丧心病狂的敌人没能得到活口，竟将他的头颅割下，先后挂在道县城头和他的家乡长沙的城墙上示众。在湘南打游击的该师余部100多人，最后也没摆脱厄运。红三十四师全军覆没，这在红军历史上恐怕还是第一次。
湘江之战，从11月25日中革军委下达作战命令，到12月1日中央纵队和红军后卫部队渡过湘江，共经历了7天血战。红军广大指战员英勇作战，拼死斗争，表现了伟大的献身精神，在党史、军史、战史上写下了极其光辉而又惨烈的一页。中央红军由长征开始时的8万多人，锐减至3万多人。中央红军主力付出巨大代价，才粉碎蒋介石的围歼计划，突破了其重兵包围的湘江防线。