，一一五师特务营、六八六团向偏头崮发起攻击。2日歼其一部，以示警告。再次派人上山劝降，山上的叛乱分子以为凭借天险可以固守，拒不投降，一一五师被迫发起强攻。
偏头崮三面是悬崖峭壁，只有东南面有一斜坡，勉强可以登上山顶，山上修有围墙，易守难攻。叛军中队长夏茂瑞带领叛乱分子居高临下，仅用石头砸，就给进攻部队造成很大伤亡。有的战士为躲避石头，身体贴在悬崖陡壁上，整整一天上不去下不来。战斗持续了1天2夜，进攻的战士才冲上山顶，消灭了叛乱分子。
偏头崮被攻克后，廉德三仍固守天宝山和南峪子。一一五师和鲁南区党委依然坚持和平解决的方针。罗荣桓亲自主持这项工作的开展，师部和区党委都调出专人负责，一一五师民运工作团的全体成员也全力以赴地投入。他们遵照罗荣桓的指示，利用各种社会关系做廉德三的工作。请了李元松、胡光裕和西范家台的李汝梅、廉德铨、谢玉军等原天宝山民团的知名人士，以及廉的亲戚等先后做工作，未果。最后请来了滕县大队负责人李汉卿。李汉卿是滕县螳螂峪人，据说天宝山廉姓民众是从滕县螳螂峪迁来的，就连梨树种也是螳螂峪的。廉德三拒绝李汉卿上山，由他派代表下山谈判。经过多方努力，未能使廉德三转变立场。廉德三实行内部封锁，不准群众下山。旷日持久，山上粮食得不到补充，生活难以维持。已经到了收梨季节，有些被蒙骗上山的群众开始动摇，进而对不让下山产生不满情绪。
尽管一一五师采取“围困”的办法，促其内部分化，尽可能争取和平解决。但由于日特的严密控制，加之廉德三为了维护他的统治，竟把一小队日军请上了山，将未上山的村民廉德省的牛杀了招待日军。廉德三不顾天宝山民团与汉奸土匪刘桂堂的世仇，还将刘桂堂引上山，完全堵死了和平解决的路子。与此同时，山上的群众看清了廉德三不是躲日军，而是勾结日军打八路的汉奸真面目。部分群众冒险下山，向一一五师讲述了山上的情况。抗日军民兵临山下，廉德三在政治上、军事上都处于孤立无援、众叛亲离的境地。
10月13日，一一五师和鲁南区党委在和平解决无望的情况下，从六八六团和七团抽出4个连的兵力，向天宝山发起攻击。进攻前，罗荣桓、陈光一再强调，要切实遵守三大纪律八项注意，不许杀害已缴枪的俘虏，绝对不许伤害群众。如发生火灾，要组织灭火，保护群众生命财产安全。战役由陈光具体指挥。
由于廉部凭险顽抗，战斗打得非常激烈、艰苦。翌日下午，战斗出现了转机。天宝山东南王崮山方向，是叛军防御的次要部位。守在这里的是中队长廉德五的人员。廉德五的女儿廉茂催是中共党员，她做通了父亲的工作，使廉德五率南四旗中队撤到了天宝山主峰，为八路军攻占天宝山主峰提供了有利条件。六八六团特务营营长马鸿祥随即率部占领了这个山头。李作鹏、张仁初各自带领一个连从苗家庄方向冲上了天宝山，冲破第一道防线，向西冲杀。守山叛军中有的枪法很准，负隅顽抗，给一一五师部队造成了重大伤亡。但指战员英勇无畏，于下午5时攻上了山顶。战斗中击毙了日军特务王公武。廉德三负伤后，用绳子吊下悬崖，逃往地方日军据点。此次平息叛乱战斗，一一五师政治部直属政治处主任刘四喜及60余名干部战士牺牲，师部作战科长李作鹏负伤。
战斗结束后，代师长陈光亲自登上山顶慰问部队，再次强调严格执行政策，不杀俘虏，不伤害群众，做好受骗群众的思想工作，并亲自带领部队动员并保护群众撤离山顶。
叛乱平息后，一一五师政治部主任萧华，在辛庄村南面的松树林中，召开了一次士绅名流会议。萧华强调了共产党的政策，严惩首恶，教育胁从。也讲了对廉德三及逃跑的廉部士兵的政策，只要回来继续抗日，既往不咎。
一一五师和鲁南区党委组织了庞大的工作团，由区党委社会部部长宋子成任团长，三地委统战科长狄井芗任副团长。区党委党校结业的全体学员干部，也到天宝山区帮助工作。费南县政府组成了天宝山善后委员会，安抚民心，处理廉部溃散人员，组织生产救灾等工作。
14、成竹在胸 稳操胜券 ——作者 戴润生
1939年，我在115师独立旅第1团任政治委员。当时，杨勇同志率旅部和2、3团活动在湖西肖皮口一带，我团住在蔡林、拳铺，离师部较近，受旅、师双重指挥。
8月2日，部队刚度过我军建军12周年这个庄严的节日，上午9时许，师罗荣桓政委和陈光代师长派人送来敌情
