面对叛乱分子的大规模进攻，西藏军区政委谭冠三一面指挥部队抗击，一面将此情况上报中央及中央军委，并汇报达赖可能逃离拉萨。
还在湖北视察的毛泽东指示军委，要求西藏军区把叛乱武装死死吸在拉萨，等待增援部队进藏时对其进行合围，将噶厦叛乱集团干净、全部、彻底歼灭于拉萨。毛泽东的这一战略部署是很有远见的。因为只有一开始不给叛乱武装以很大的杀伤，才能将叛乱武装紧紧地吸在拉萨，为尔后人民解放军聚而歼之创造条件。如果一开始就给敌以很大杀伤，叛乱武装一看形势不好，很可能四处逃窜，而西藏地域辽阔，要剿灭分散逃窜的叛乱武装是很困难的。为此，在3月12日给中央的电报中，毛泽东就指示西藏工委，对叛军进行军事打击的战略是：“引诱敌人进攻。如果敌人进攻时，在初期，不要多杀伤，更不要出击，最好使他们先得一些小胜利，使他们感到驱汉有望，才有大打一仗的可能。否则只会小打一阵，仓皇逃走。”这次，毛泽东再次指示西藏军区紧紧吸住敌人，待增援部队到达时将敌全部歼灭。
对于达赖可能要逃跑的问题，毛泽东指示西藏工委，噶厦集团公开叛乱，达赖逃跑，叛乱武装攻击人民解放军，西藏政治形势完全明朗，这是极好的事。对达赖逃跑，“人民解放军一概不要拦阻，无论去山南，去印度，让他们去。”但是达赖这块招牌还有可能利用之处。对于达赖逃跑，暂不向外宣传，暂时不把达赖放在叛国头子之内，只宣传叛国分子挟持达赖，这对于打击敌人利用达赖名义号召群众叛乱可能有好处。毛泽东还指出，为了打击敌人利用达赖名义号召群众叛乱，西藏工委应将达赖写给谭冠三的三封信和我们的第一封复信在人民中广为散发，以使群众了解达赖是被噶厦集团强行架走的。
早在西藏地方政府叛国集团密谋发动叛乱之际，毛泽东对达赖可能出走或被叛乱分子劫持出走已有预测。为此，当达赖被噶厦集团软禁后于3月11日给谭冠三写信说明自己的处境时，毛泽东曾致电中央：“以谭冠三的名义答复达赖一封信很好，如有复信，应再复一封，以后礼尚往来，可再给信。这些信准备将来发表，无非是等待叛国分子、分裂分子悔悟回头。希望达赖本着历次诺言，与中央一心平息叛乱。”
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。
一五五团接到命令后，从西往北向市中心合围，攻击到小召寺时，叛匪依托断壁残垣顽抗，和一五五团展开逐室逐房的争夺战。一五五团在三○八团炮火的支援下，20日21时占领了小召寺，尔后向市中心合围。
军区教导营接到命令后，从北向市中心进击，配合军区主力对市中心形成合围。
就在解放军攻打市中心时，盘踞布达拉宫里的叛匪不停地以炮火支援市区。为保护布达拉宫，谭冠三集中军区所有无座力炮进行直接瞄准射击，哪个窗口有敌火力就打哪个窗口，一炮一个，百发百中，屋内的敌人尽被炸死炸伤，建筑物却没有受任何损伤。布达拉宫的叛匪见大势已去，于22日9时举旗投降。紧接着，拉萨市区所有叛匪盘踞的据点，也都打出白旗投降。