1934年3月上旬，红三军再次从永顺县进至龙山县茨岩塘镇。此时，“围剿”红军的周燮卿旅8000余人也尾随到距茨岩塘30里的红岩溪。红军将士积极请战，要求利用茨岩塘的有利地形设伏全歼该敌，砍掉“尾巴”扭转红军被动局面。

贺龙、关向应等红三军领导人研究决定作战方案时，根据敌军由红岩溪出发只能由石家垭进入茨岩塘的行进方向，决定在石家垭设伏。3月13日凌晨，红七师派一个连夜袭红岩溪敌军驻地，敌军从梦中惊醒，慌乱中组织追击，红军边打边撤，一直将敌军诱进了石家垭。中午时分，埋伏在石家垭两侧山上的红军向敌人发起猛烈攻击，敌人尸体横七竖八地摆满了山口小道，敌军才明白遭到了红军的伏击。红军将士英勇顽强地打退了敌人一次又一次的进攻，子弹打光了用石头，石头打光了用刺刀展开肉搏，敌人冲上来，又被打下去，许多阵地几度易手，激烈的战斗持续到太阳落山，敌人付出了惨重代价却始终未能攻占一个山头。此时，红三军领导人决定利用茨岩塘四面环山的地形，准备将残敌放进来，对敌形成包围，用全部兵力发起总攻，一举歼灭敌人余部。于是，红军边打边撤，敌军则疯狂地涌到石家垭垭口。但因向导失误带错路，红军原定抄敌后路的一支部队行进到邻进的水田坝乡去了，包围敌军已无可能。而敌军残部到达石家垭垭口仔细察看地形后，也心有余悸，再不敢贸然进攻，便原路仓皇溃退至红岩溪。至此，石家垭伏击战胜利结束。

石家垭伏击战虽未达到全歼敌军周燮卿旅的目的，但缴获各种枪支700余支，敌死伤1000余人，给敌人的惨重杀伤足以灭其嚣张气焰，使“围剿”红军的湘西国民党军队受到了很大震慑，同时扩大了红军的政治影响。红军将士在石家垭英勇作战，冲锋陷阵的感人事迹在龙山县广为传颂，民国版《龙山县志》有这样一段记载：“民国二十三年，国军和红军在石家垭肉搏竟日。”由此不难想象，当时战斗确是非常激烈而残酷的。