欧阳轩见城墙被爆破之后，守军并没有逃跑，而是缩在城内准备进行巷战，遂命令将利州城团团围住。总参谋部制定“围三阙一”的战术，对北门网开一面，就是想击蒙军于逃跑途中，防止他们借助坚固的城防负隅顽抗。既然汪惟正要一条路走到黑，那么霹雳军也就不客气了。巷战虽然难打，进攻方的伤亡也会更大，但守方下场更惨，往往是被一网打尽。
在霹雳军合围利州城的过程中，城外的蒙古骑兵并没有动作。守城并非骑兵所长，故汪惟正命赵匣剌率骑兵部队屯驻城北五里，一方面是保护经阳平关通往汉中的道路，另一方面也是保持机动力，以伺机袭击霹雳军。这支四川蒙军仅剩的骑兵共有二千人，其中具装重骑兵还有近三百人，战力仍超过霹雳军骑兵。
眼下利州战场上，霹雳军一、二、四师骑兵共有近三千骑，虽然数量超过蒙军，但实力并没有明显的优势。蒙军骑术占优，又有具装重骑，霹雳军火器威力巨大但马力弱。在几次试探性的进攻中，虽然霹雳军场面占优，但损失倒差不多。霹雳军骑兵如果歼灭敌人骑兵，但自身的损失也不会小，这是欧阳轩不愿意看到的。
东川战役之中三师缴获了大量的战马，除了补足自身的编制之外，昝万寿还送回来了三百余战马。总参谋部将这些战马调拔给了四师，加上从蕃区购卖的战马，这使四师的骑兵团终于有了一个营的骑兵，不再是有名无实的空架子。只是新成军不久，他们的战力尚未形成，只能从事通讯、侦察、警戒等任务。
在攻打利州城的过程中，总参谋部让四师的骑兵随黄大根的第二师前去清剿周边的堡寨据点。一、二师骑兵的任务则是压制城外的蒙古骑兵，使其不敢轻举妄动。赵匣剌深知霹雳军火器的厉害，那里敢主动进攻。要不是军令在身，他怕是早就退到阳平关之后了。汪惟正也知道让赵匣剌主动进攻占不到便宜，也反复叮嘱其守住利州至阳平关一线，以保证后勤与援军通道。
欧阳轩在第二师肃清周边堡寨之后，便让黄大根率军与骑兵汇合，前去攻打城北蒙古骑兵。两军合兵一处后近一万人，加上基干民兵有两万余人，人员是蒙古骑兵的十倍。赵匣剌眼见霹雳军势大，只得节节后退。黄大根也不冒进，率了大军在后慢慢追赶。在骑兵的保护之下，霹雳军的行军队例无隙可趁。面对步步紧逼的霹雳军，赵匣剌无可奈何，只得一路往阳平关退去。
按照惯常情形，城破之后守军往往丧失坚守意志，甚至会溃不成军。不过利州守军面对从城墙缺口源源不断涌入的霹雳军大军，并没有一哄而散。他们利用房屋、土墙、壕沟的掩护，从窗户、墙壁甚至地洞中钻出，用弓弩、长矛、震天雷、火油等进行偷袭。霹雳军的士兵冲破城内第一道防线之后，便损失了几百人，不得不撤回来。
除非迫不得已，大部分军队都不想打巷战。复杂地形拉平了士兵之间战力的差距，大大削弱了装备和战术优势，使得攻防变成单纯的人命消耗。对防守方来说，结果往往只有一个，那就是团灭。对进攻方来说，即便获胜往往也是惨胜。相较而言，残酷的巷战对进攻方更不利，因为它不仅会使精锐损失惨重，更会摧毁进攻方的士气。
虽然城内守军伤亡更大，但照此消耗下去，即便夺得城池，霹雳军也会死伤惨重。利州城中眼下还有四千余蒙军，另有数千民壮，即便按一比二的战损比，也是霹雳军无法也不愿意承受的。总参谋部随即调整作战方案，先是彻底控制城墙，将轻型炮吊装到城墙之上，又派了狙击手部署在前沿，专门猎杀蒙军的将校和督战队。
“攻心为上，攻城为下”。与此同时，欧阳轩命嗓门大的士兵齐声宣传霹雳军的俘虏政策，“投降不杀、只惩首恶”。又叫军中北方士兵传唱北地的曲儿小调。绝望会让人疯狂，眼下敌人已陷绝境，又被杀红了眼的督战队逼着，如果一味地强攻，必然会使其困兽犹斗。
战术一改变，效果便慢慢出来了。当蒙军士兵得知投降之后并无性命之忧，原本决死之心有了松动。领军的校尉和督战队又在狙杀之下惶恐不安，对士兵监控不再严密，这使得不少士兵寻了机会投降了。这些士兵的投降不仅使蒙军防线出现缺口，也带来了其防御情报，使得霹雳军突破了不少设防薄弱阵地。这些降兵带来的最有价值的情报是蒙军存放火油的仓库情报。
架设在城头的轻型火炮无法摧毁坚固的火油仓库，霹雳军便组织了一支敢死队乘夜潜去。猝不及防之下，守卫仓库的蒙军四散而逃，火油仓库燃起了冲天的火焰，并引发城内的熊熊大火。汪惟正听得火油仓库被袭的消息，只觉得喉头一甜，嘴角便喷出了一股鲜血。在实战中，火油的威力甚至比震天雷还强。失去了这个大杀器，蒙军本就芨芨可危的防线更难以守住。
大火烧毁了不少房屋，也使蒙军设在城内的两道防线支离破碎。霹雳军乘机在火炮的掩护下，将蒙军的防线打开了几个缺口。眼见大势已去，蒙军防线再也维持不住，大批士兵开始成建制投降。汪惟正见状，便率了汪良臣等汪氏族人及几百亲兵退守利州官衙大院。汪德臣营造利州城时，将官衙筑得极为坚固，不仅墙体又高又厚，还设置了箭塔、碟楼等防御设施。
霹雳军将利州官衙团团围住，又调来火炮进行猛轰。火炮虽然将木制屋顶炸塌，却没有伤到多少蒙军。汪惟正早在官衙之中构筑了土木工事，还挖了不少壕沟和地洞，轻型火炮根本无可奈何。对于这种乌龟状防御，如果强攻必然伤亡惨重。霹雳军当然不会傻到强攻，而是决定又使用工程爆破手段。守军吸取了城墙被爆破的教训，当然拼命阻止霹雳军靠近，更不会让霹雳军挖掘墙体。
州衙虽然坚固却远比不得城墙，况且霹雳军根本不用挖掘，而只需在火炮的掩护下，将炸药包放在州衙下水道的排水口便可。蒙军见状自然是拼命阻止，又是投掷火把又是浇水，试图提前引爆火药或失其失效。他们那里知道，这梯恩梯使用起来十分安全，要将之引爆，须得用雷酸汞才行。
连续几次爆破之后，利州官衙主体被炸塌。在最前线指挥的曹轩仍不放心，又下令用火炮轰击了几轮，将占地三十余亩官衙犁了一遍才罢手。待硝烟散尽，霹雳军士兵冲进去收拾残局之时，官衙之中再无半丝抵抗。里面的几百人或死或伤，汪惟正及大部分汪氏族人多被炸死，生者皆只有喘气的份。