为了督促李延年、刘汝明兵团拼死北上解围，蒋介石特派一位高级视察官去前线督战，并专门给李延年写了一封信，信中称兄道弟，极尽拉拢。
为了让李延年死命作战，蒋介石还派他的儿子、徐州装甲兵司令部参谋长蒋纬国亲率两个战车营参加战斗。蒋介石恩威并用，对李延年起了一定的刺激作用。12月3日，李延年在蒋介石、刘峙督促下，对曹老集地区的解放军阵地展开全线猛攻。国民党军在战车部队的配合下，火力十分凶猛，战斗一开始，野战军的所有防御工事都被国民党军炮火摧毁，指战员就在裸露的大地上进行着顽强的阻击。
激战至5日黄昏，解放军退至刘店子、界沟、张店子一线，继续阻击。
12月4日、5日，中央军委连发电报对阻击蚌埠之敌表示关注，要求组织多层防御，不可大意，彻底消除蚌埠之敌的威胁。
12月5日，中原野战军第二纵队赶到，迅速在九湾集、新马桥、陆集、任家湖一线构筑阵地。
12月6日，李延年兵团的3个军继续猛攻，华北野战军第六纵队以白天顽强坚守、夜间坚决反击的战术，抗击了3天，于8日晚退至陈集、烧油坊、小李家一线，继续阻击。
在蚌西北地区，英勇的野战军战士先后打退了国民党军上百次进攻，直至12月9日，国民党军在付出上万人的代价后，才突破了解放军的第一道防线。