叶飞反复考虑，最终于26日下午，骑上自己的白色战马率4团东进，但在天黑后却使了一招“金蝉脱壳”，仅带着数名警卫员悄悄潜回了郭村。此举意在让郭村周围的“二李”耳目们赶紧向主子汇报：叶飞亲自驰援陈玉生部。那么“二李”自然会认为既然叶飞亲自出马，那么他带走的必然是挺进纵队绝对主力第1团，由此起到欺敌效果。
事情还真像叶飞预计的一样，李长江闻讯，于27日令所部火速推进。而叶飞则根据此前半塔集保卫战的经验，以1团2营防守郭村北面，以1营、3营分别防守南面和东面，纵队特务营为预备队。在防御战术方面，他要求各营实施积极防御，主要以阵前短促出击打退敌人的进攻。
与此同时，在百余公里外的陶勇接到陈毅急令，立即收拢部队东进。鉴于这一路上要越过日军控制的公路、运河和邵伯湖，还要通过“两李”防区，因此从一开始，陶勇就要求所部以战斗姿态前进。如遇阻拦，不管来自何方，都坚决回击，但却绝不纠缠，一切以夺路疾进为原则。为此，他还提前派出侦察兵，前往运河和邵伯湖一线搜集船只，动员船工，以待部队一到即行渡河。
27日午夜，隐蔽在敌军阵营中的地下党员郑少仪，冒死将“二李”次日大举进攻郭村的兵力部署和进攻计划送到郭村。28日零时刚过，叶飞令炊事员们立即起床做饭，部队摸黑吃完早饭，在4点钟之前全部进入预设阵地。
28日天亮后，因为协调不好，“二李”部队的进攻打得“此起彼伏”，压根就形成不了合力。而叶飞不仅指挥部队挫败了对手一轮轮攻势，牢牢守住了阵地，而且首度上特务营出击，就带回来200余俘虏。下午，顽军一度占领了郭村东南面一处阵地，但我军很快便通过短促反击夺回了失地。
29日，气急败坏的李长江严令部队于黄昏前拿下郭村。因此当天的战斗较28日更为激烈。兵力和装备居于绝对劣势的我军咬紧牙关，守在阵地上寸步不让。好不容易坚持到了黄昏顽军退去，叶飞突然接到了华中局刘*加急电报，声称罗炳辉、黄克诚、彭雪枫部或被日军“扫荡”纠缠得难以脱身，或在途中被敌伪所绊，哪怕是最乐观的估计，也得5、6天后才有可能赶到郭村。
这封电报对叶飞来说，无异于晴天霹雳。就29日战况而言，以他手头区区4个营兵力，能否再至少坚持5、6天，连他自己心里也没有底。万幸的是在29日深夜，从“二李”防区纵深传来密集的枪声。不久后，一个天大的好消息传来：陶勇率领的苏皖支队一路强行突破日伪顽的拦阻，终于赶到了战区。
陶勇所部的到来，对敌我双方的士气消涨产生了重大影响。“二李”部队在30日白天的攻势明显减弱了。叶飞从顽军表现判断，对方见强攻不成，极有可能改变打法，对我实施夜袭。他及时调整部署，派出部队在郭村以东设伏，果然将趁黑夜向郭村运动的顽军逮了个正着，给他们来了个“螳螂逮蝉，黄雀在后”，*得对方丢盔弃甲，溃不成军。
7月1日，王澄部起义成功后进入郭村，陈玉生部起义后在第4团接应下进至吴家桥，控制了这一控制长江南北的交通要道，叶飞遂决定反守为攻，于当夜派1团1营、2营夜袭宜陵，一举击溃顽军3个团。
7月2日，李长江亲临前线，指挥所部作拼死一搏。叶飞部、陶勇部和王澄部通力协作，打得李长江部全线溃退。3日，陈毅风尘仆仆地赶到郭村统筹全局。第二天，挺进纵队和苏皖支队遵照陈毅指示分头出击，一举攻占塘头村，并乘胜进至泰州城下。
在前线溃败，大军压境的情况下，被派往泰州谈判的挺进纵队政治部副主任陈同生对“二李”晓以大义，言明我方政策，最终与之达成了我军让出郭村，东进黄桥并释放“二李”部分俘虏，发还部分被缴枪支，“二李”对新四军东进黄河予以便利的协议。
由此，被陈毅称之为“惊出一身冷汗”的郭村保卫战以我方的大获全胜而告终。事后复盘，战前刘*和叶飞对三路驰援计划过于乐观了，陈毅的担心不无道理。他在自己鞭长莫及，而挺进纵队决心已下的情况下，急令陶勇驰援这一补救措施，事实证明起到了逆转乾坤的决定性作用。就战役眼光而言，陈毅是当之无愧的军事家。
当然，叶飞在前敌指挥方面进退有度，智计百出，其战术指挥素养也得到了充分体现。陶勇率部打破常规，一路过关斩将，在关键时候出现在关键战场上，体现出其大局意识和担当意识不是一般的强。7年后他与叶飞率华野1纵、4纵在鲁南突围中，同样表现出超强的大局意识。
