在得知敌人布防情况后，粟裕召开与当地红军负责人一起的联席作战会议，讨论攻城计划。粟裕分析道：“罗源守敌认为南门易守难攻，注意力少，布兵亦不多，我们则可以佯攻东、西门，调集敌人注意力，然后攻其不备，主力直突南门，肯定会有奇袭效果，大家看如何？”大家当即表示赞同。
粟裕当即部署兵力：派两连兵力佯攻东门，以两营兵力佯攻西门，南门则派出一主力团进攻。说： “你们的任务是14日晨进城接管，可别迟到哟！”
13日晚10时，攻城部队在寻淮洲、粟裕亲自指挥下，趁着茫茫夜色，按计划向罗源开进。14日凌晨琴点30分，东、西门佯攻同时打响，霎时间，罗源上空枪，炮齐鸣，敌人果然中计，加紧东、西门防备，南门的红军主力团则乘机一举攻入城內，守军顿时土崩瓦解，纷纷缴械。战斗不足两小时，全歼守敌，战斗宣告胜利。
先遣队在罗源筹集了三万多元军饷和大批军需品，将一批伤病员交给地方党组织安排，并留下三百多支步枪、两挺重机枪及一批弹药，于14日下午又向北继续挺进。
