汪惟正得知霹雳军三路大军往利州而来，如坠冰窖，不禁打了个寒战。眼下十一月初，虽然天气已经颇有凉意，却并不十分寒冷。经过大获城兵败之后，以利州为核心的川北蒙军只有了八千余人，刨去已投降的剑门关守军，汪惟正麾下只有了六千人。这点人马要抵挡住霹雳军的进攻简直是痴人说梦，当下他便起了撤退之心。
汪惟正的想法刚说出口，汪良臣、汪忠臣、汪清臣等汪氏元老却不干了，其弟汪惟纯、汪惟明等人也出声反对。在汪良臣等人看来，汪氏家族自父亲汪世显自陇右巩昌起家，历事金、蒙两朝，一直为半独立势力。汪德臣继位后，也颇受蒙古大汗信任，更受蒙哥大汗恩宠，正因为如此,才有汪惟正子承父业。如今他却要放弃汪氏家族苦心经营多年的利州，真的是崽卖爷田不心疼。
除上述理由之外，汪良臣等人还认为开平的诏令明确要求坚守巴蜀。忽必烈本就对蒙哥心腹旧臣多有打压，如果不战而退，定然会被追究违诏之罪，并被夺掉兵权和领地，甚至会祸及巩昌的汪氏族人。即便利州这六千人能全身而退出蜀地，也会因失去兵源、财源而无法生存，只能被其他汉军世侯吞并。失去了利用价值的汪氏一族将会被忽必烈彻底抛弃，届时仇家寻上门来，便只是覆灭的命运。
汪良臣等人的话让汪惟正如梦初醒。当下他便决定死守利州。只要利州不失，就能保住兴元府即汉中十数个州县及巩昌领地。当下他便下令将兵力收缩回利州城，在外围层层构筑城防工事，又下令让驻守在兴元府的叔叔汪翰臣率军来援。自蒙古兴起之后，政权采用的是分封制，而不是中央集权制。忽必烈称汗后，为了争取拉拢蒙古贵族和汉军世侯，也从其旧制。汉中之地也是汪氏 的地盘，其军政大权也掌握汪氏家族手中。
十二月初，当汪翰臣带着三千援军急匆匆赶到利州城，使利州城中兵力达到了九千人，还有上万民壮，这让汪惟正心中稍定。只是不久之后，他又心中惶恐起来。因为霹雳军大军的陆续到来，总数达到了二万人，另有超过这个数量的基干民兵。欧阳轩已经下定决心，要毕其攻于一役，将蒙军势力彻底逐出巴蜀大地。此次他也带着总参谋部来到了利州城下。
此次大战，霹雳军出动了第一、二、四这三个主力师，总人数有三万六千人。除了所属水军的没有参与陆上行动外，这三个师下辖的三个侦察营和三个特种营，也未参加围城。这六个营已奉总参谋部的命令，分别经金牛道、米仓道、荔枝道这三条古道，往兴元府即汉中渗透。这些部队平时便进行翻山越岭的训练，此次前去汉中除了干粮外只带了轻武器，又有当地人领路，倒有不少把握。
金牛道源自于“石牛粪金，五丁开道”的典故，因此也有石牛道之称。由汉中出发，经过阳平关，然后转向西南至利州，沿嘉陵江南下即可达剑门关。米仓古道始建于秦末，因穿越大巴山支脉米仓山而得名。米仓道北口为“Y”字形，由兴元府出发，向南翻越巴岭山进入巴江谷地，继续南行到达巴州。荔枝古道始建于唐代，是连接涪州与汉中的驿道，相传唐玄宗为了让涪陵一带的荔枝快速运送至长安，命人修建的传驿道路。
总参谋部在制定作战计划时，料定大军兵出利州，汉中汪氏蒙军必然来援。汉中久无战事，本来兵力就不多，再往利州方向 调兵，其周边十余个州县必然兵力空虚。霹雳军只要能偷袭一城并站稳脚跟，必然会使利州蒙军阵脚大乱。欧阳轩知道这三条道路上，蒙军必然设有岗楼或哨点，在隆冬时节穿越也困难重重。他坚持这样做的目的，是要让汪氏风声鹤唳。为此他在命令中明确说明，此次任务允许失败，如果前进受阻可以返回。
加上基干民兵霹雳军共有五万人，他们并没有全部聚集在利州城下，而是以团为单位，分别前去攻打利州周边各个堡寨。利州城下也不可能同时展开如此庞大的兵力。欧阳轩命曹轩和张珏部将利州城团团围住，黄大根则负责清剿川北汪氏的各个堡寨据点。这些堡寨的兵力大部分已缩回了利州城中，剩下要么望风而逃，要么打开寨门投降了。不到半个月的时间，川北除了利州之外皆被光复。
与此同时，曹轩和张珏也指挥部下向利州城下步步逼近。之所以是步步逼近，而不是进抵城下，是因为守军的武器射程超过了霹雳军。汪氏作为典型的汉军世侯，手下有大批手艺精湛的工匠，攻城武器制作水平极高。此时利州城墙上，便摆放着一百余具制作精良的八牛床弩。这些威力巨大的武器不仅射程高达三里，而且还装了望山，使得射击精度得到大幅度提高。
由于剑门关哗变事发突然，加之冬季河水浅窄，使得此次霹雳军攻打利州的后勤并不充分，只带来六百余门中、轻型野战炮，各师的重炮都留在了后方。这些野战炮不仅射程不及守军的八牛床弩，威力也难以击破城防工事。据霹雳军炮兵军官测算，要达到理想的炮击效果，需要将火炮阵地设置在距城墙一里半内，这意味着霹雳军士兵需要在敌人床弩打击下前进一里半。
利州蒙军在弩箭上绑扎了浸了火油的棉布，使之成为威力极为恐怖巨型火箭。这种巨型火箭不仅对人员威胁极大，也可以轻易摧毁攻城武器。曹轩曾命人推着一门轻型炮前往距城墙两里处试炮，却遭到床弩的集火射击。数支巨大的火箭轻易便将保护火炮的揗盾摧毁，并击中了弹药，引发了强烈的殉爆。试炮的一个班士兵均死于非命。
遭遇此次打击之后，欧阳轩便命曹轩和张珏不要冒进，而是采用掘壕推进的方式向利州城墙推进。时值隆冬，土地冻得十分坚实，挖掘起来十分费力。欧阳轩自然知道这是个笨办法，却也无可奈何。此次霹雳军人数众多，冒着敌人的火力强攻也能一鼓而下，但将会有许多士兵白白牺牲。
土木工事能削弱火器的威力，也能削弱床弩的杀伤力。汪惟正眼见霹雳军掘壕步步进逼，却毫无办法。毕竟城外霹雳军兵强马壮，他根本不敢派兵出城突袭，因为那无异于送人头。既然霹雳军在掘壕，自己也不能闲着，总得做点什么不是？于是乎，他也下令挖壕筑墙，继续加固城防。在梓潼和大获城吃过霹雳军火炮苦头之后，他觉得多挖洞多筑墙，总是不会有错的。
一时间，利州城外、城内都在挖壕筑墙，如果从空中俯看，下面不像是战场，而是个十足的大工地。