在陳家河戰鬥剛剛打響的時候,陳耀漢即親自率領第五十八師直屬部隊以及第一七四旅(欠三四八團)由桑植增援陳家河。當進到兩河口時發現第一七二旅已被殲滅,迅即掉頭南逃,企圖向塔臥的郭汝棟縱隊靠攏。1935年4月13日陳家河戰鬥當天天黑前,紅二、六軍團順陳家河石板街道源源開過,跳到外線官里坪一帶休整了一天。4月15日下午4時,天上下著大雨。剛打了大勝仗的紅二、六軍團轉頭南下,經兩河口折回塔臥。蕭克率領紅六軍團行進至離桃子溪還有10里路時,發現河裡水很渾濁,判定一定有部隊通過,他們又看了一段通往桑植方向的路面。終於在泥水中發現了幾個腳印,腳尖指向桃子溪。蕭克斷定,大雨天氣,少有行人,卵石路面積水不易渾濁,必是大隊人馬剛過不久。而且,這隊人馬可能是從桑植方向趕往陳家河而從此折向桃子溪以去塔臥的陳耀漢部隊。蕭克猜測,陳耀漢部隊的北方官兵本來就不慣爬山,下雨天更不可能摸黑趕山路,十之八九會在桃子溪宿營。於是命令部隊加速向桃子溪前進。路上聽老鄉講,桃子溪剛到了國民黨軍隊,後面還在繼續來。蕭克立即決定投入戰鬥。任弼時、賀龍、關向應等人聞訊迅速趕到三岔路口,簡短地研究了一陣,決定夜襲殲敵。
桃子溪處在永順北部與桑植接壤的地帶,是個稀稀落落、有200來戶人家的山民聚居點。四面山嶺環抱、中間平坦的盆地,是個名副其實的山窩。由於距永順塔臥不遠,通往塔臥的大路從山窩正中穿過,這是紅二、六軍團指戰員走過多次的熟地方。蕭克、王震當即命令紅十七師隨他倆從右側小路上山嶺,遷回占領盆地對面的各個山頭,等主力打響再往下壓。賀龍率紅二、六軍團主力順大路從正面緩緩前進,為紅十七師留出足夠的時間遷回。計畫一定,紅十七師收起雨傘,斜挎在背後,跑步離去,而主力則不慌不忙:地緩步推進。這時,下了一天的大雨絲毫沒有減弱的勢頭,閃電不時地劃破夜空,驚天裂地的雷聲當頭炸響。主力前衛摸到村外時,恰好發現幾個打著電筒架設電話線的敵人在大雨中爬上爬下、罵罵咧咧地忙著。紅軍戰土撲上去,就把他們逮住了。從俘虜口中摸清了敵人的情況後,賀龍估計蕭克、王震和紅十七師已經到位,就指揮主力兵分幾路衝進村里。槍聲一響,山上的紅十七師也從樹林中衝下山來。頓時,整個山窩裡槍聲大作。村中敵人亂成一團。許多班、排來不及衝出屋門,就被渾身是水的紅軍瑞開房門繳了械。此時,大雨還在嘩嘩地下著。屋外,伸手不見五指,到處是“繳槍”的喊聲。
突然,村莊正中爆出激烈的槍聲,一大股敵人猝然發動反撲,順著村中的泥路衝殺出來。散布在全村忙著抓俘虜的紅軍急忙相互靠攏。就在這一瞬間,紅十七師一位剛剛傷愈、空手趕到戰場找部隊歸隊的副營長甩掉肩上的糧袋,順手從別人身上抽了幾個手榴彈,高喊一聲“跟我來”,就劈頭蓋腦地朝敵人扔過去,背後迅速跟上一些戰士衝殺,敵人的反撲就這么煙熄火滅了。但陳耀漢卻帶著他的特務連乘機溜走。
晚上八、九點鐘,戰鬥不到兩小時就勝利結束了,陳耀漢的師部、一七四旅(除三四八團外)和山炮營全部被消滅。紅二、六軍團以前沒有繳獲過山炮,這次一下繳獲了兩門(其中一門山炮現在軍事博物館展覽),大家非常高興。
至此,國民黨軍陳耀漢第五十八師除三四八團得以倖免外,其餘全部被殲。
陳耀漢師被殲滅的次日,紅二、六軍團乘勝趕走陳師殘部第三四八團,收復桑植縣城和永順、大庸縣的部分地區,繼而向湘敵的側後迂迴。敵各路“圍測”軍見第五十八師覆滅,紛紛後退和收縮。湘軍李覺縱隊、陶廣縱隊等部紛紛後撤至慈利、潭口。北路鄂軍張振漢縱隊由茨岩塘逃回龍山,再往來風,於5月初退守長陽、漁洋關地區;敵暫四旅向郭汝棟縱隊靠攏,集中固守塔臥:侵占塔臥的敵軍郭汝棟縱隊也跟在湘軍後面東撤。紅二、六軍團打破了敵人對湘鄂川黔革命根據地的第一次“圍剿”,並由守勢轉為攻勢,由被動轉為主動。
陳家河、桃子溪戰役,俘虜了大量敵人,繳獲大批武器、彈藥,還繳獲了兩門山炮。其中一門隨軍長征,參加過抗日戰爭和解放戰爭,現存北京中國革命歷史博物館:一門山炮在長征中,掩埋於雲南。這是我湘鄂川黔革命根據地軍民反“圍剿”的一次重大勝利。
陳家河一桃子溪戰役的勝利,是在遵義會議確定的軍事思想指導下取得的。這次勝利證明了中革軍委2月11日和4月5日的指示是英明的、正確的。這次戰役勝利與反“圍剿”第一階段的情形形成鮮明的對比,成為湘鄂川黔革命根據地由幾乎放棄到發展壯大的轉折點。