西藏工委遵照毛泽东的指示，将达赖与谭冠三往复的6封信印发后在人民群众中广为散发。许多藏族群众看到信后了解了达赖被劫持的事实真相极为气愤，强烈要求对叛乱分子予以打击。
就在人民解放军大部队从青藏、川藏公路两个方向紧急入藏，西藏军区部队准备对叛军进行反击之际，达赖及其随同人员在警卫藏军的护拥下，离开拉萨，去往山南，以后又从那里又去了印度，组织“流亡政府”，进行分裂祖国和人民的勾当。
3月20日凌晨5时，面对叛军的疯狂进攻，谭冠三在未接到中央答复前再次主持召开了紧急会议，首先分析了当前拉萨敌我形势，研究到底是反击还是不反击。最后决定进行反击作战。部署是：将驻拉萨的2个步兵团、1个装甲连、1个炮兵团按统一计划，首先保卫拉萨大桥，西藏自治区筹备委员会，西藏军区机关，西郊第49医院。然后集中兵力于10时发起反击，占领药王山后，炮击罗布林卡。并立即将反击方案和炮击罗布林卡的计划上报中央及中央军委。
20日10时05分，三○八炮团对市区叛军占领的药王山制高点开始炮击，尔后一五九团4个步兵连发起冲击，于11时56分歼灭叛敌，攻占了药王山。
就在谭冠三正要下令攻击罗布林卡的时候，收到彭德怀不同意反击的电报。彭德怀要谭冠三依托堡垒、战壕、掩体就地死守，同时尽量缩小防区，等待内地部队解围。半小时后，谭冠三又收到中央及中央军委的复电，得知毛泽东的意图是不让他反击，而是要他牢牢地吸住叛乱武装，不让叛匪离开拉萨，要人民解放军做出急待增援、难以支持的样子。不但要吸住拉萨之敌，而且要促使叛乱集团下定吃掉拉萨解放军的决心，将全区叛匪统统吸往拉萨，配合外围部队对其合围，一网将西藏、云南、青海、四川、西康几省窜到西藏的叛匪全部歼灭，减少今后在各地进行零星清剿的困难。
接到彭德怀和中央及中央军委的电报，谭冠三知道自己闯了大祸，打乱了毛泽东的战略计划。现在已经打响了，怎么办呢？谭冠三明白，目前的形势是只要一停止攻击，叛乱武装查明意图后就会逃窜，到那时更难收场。惟一能弥补的办法就是尽量全歼拉萨叛乱之敌，不使其漏网或尽量减少其外窜。于是，他一面命令部队准备继续攻击，一而立即将此情况上报中央及军委。
毛泽东看到谭冠三上报的情况，生气地说，这个谭冠三，越来越糊涂了。但战幕已经拉开，停止是不利的，一定要取胜，便回电同意打，但指示谭冠三只准胜，不准败。
接到毛泽东的电报，谭冠三看出这是主席给自己的一次机会。他自己也下定了只准胜不准败的决心，并把只准胜的关键放在对罗布林卡一战上，只要罗布林卡一拿下，他就可稳操胜券。于是，他下达了攻击罗布林卡的命令。
3月20日14时，攻打罗布林卡的战斗开始。
首先以三○八团和一五五团两个团的火炮，对罗布林卡实施火力急袭，尔后采用徐进弹幕的打法，以15米为一个射点逐次成一条线向前推进。叛匪在解放军猛烈炮火的打击下，四散逃窜，有200余匪徒骑马窜到拉萨河边向河南逃跑，另有1000余人冲出罗布林卡向北逃跑。我炮兵立即对逃跑之敌实施火力拦阻射击，将这两股叛匪拦回罗布林卡。
火力准备后，一五五团和一五九团在汽车十六团和机械营的配合下，从东西两面向罗布林卡实施对进攻击，双方展开激战，至20时30分，盘踞罗布林卡的叛匪悉数被歼。
为了配合进攻药王山、罗布林卡的战斗，西藏军区还发出布告，利用装甲车将布告贴在拉萨大街上，要求全西藏人民积极协助人民解放军平息叛乱。同时利用广播对叛匪喊话，进行政治瓦解，宜布凡是脱离叛乱武装归顺投降的，一律不咎既往，有立功表现的要给予奖励，对俘虏一律优待，不杀、不辱、不打，对执迷不悟、坚决顽抗者，严惩不贷。
药王山和罗布林卡的夺取，拉萨的局势基本得到了控制。为发展胜利，扩大战果，谭冠三令一五五团、一五九团和军区警卫营主力连夜进至人民医院、外事处、拉萨大桥一线，对拉萨市区构成合围，防止叛匪外逃，坚决将敌消灭在拉萨市内。
军区警卫营接到命令后，于21日拂晓秘密接近叛军四代本驻地，尔后炸开院墙，勇猛发起冲击。院内四代本的士兵仓促应战，激战一小时后将其全歼。接着，警卫营又从南向北进攻，与叛匪进行逐房争夺，从叛匪手中夺下一条条的街道及小巷，形成了对市中心的合围，尔后向拉鲁庄园推进。
第一五九团接到命令后，先对位于功德林的叛军指挥所发起攻击，经40分钟激战，占领了功德林，捣毁了叛军的指挥所。接着，又对然巴大院的叛匪发起攻击。这里的叛匪在院墙上修筑了工事，几挺机枪架在墙头上猛烈扫射，一五九团的几次冲击都被压回来。该团七连一班在火力掩护下实施爆破，炸开院墙，部队乘机从缺口冲进院内，经激战，占领全院。尔后向市中心区合围，对盘踞在康人区（康巴人居住区）的西康叛匪发起攻击。西康叛匪很顽固，一五九团的两次攻击未果，便以装甲车对敌进行火力射击。叛匪见装甲车也来参战，顿时被震慑住了。一五九团乘势占领了康人区，继而攻击前进，连续消灭了围困百货公司、邮电局、社会部的叛匪，占领八角街的东北面，并对坚守大召寺的叛匪形成攻击之势。为了保护大召寺，第一五九团没有展开攻击，而是对敌展开政治攻势，终于迫使守敌于22日拂晓投降。
