Командующий 4-й армией А. А. Ржевский немедленно принял «меры к вытеснению противника» из Николаевска, о чем доложил в штаб фронта. С. П. Захаров приказал частям бригады Николаевских полков выдвинуться из сел Порубежка, Карловка, Рахмановка и форсированным маршем двигаться к Николаевску для атаки противника, занявшего город. Несмотря на это, во многих публикациях, посвященных Чапаеву, отмечается, что инициатива в освобождении города принадлежала Василию Ивановичу.

При изложении хода событий вокруг Николаевска воспользуемся книгой И. С. Кутякова «Боевой путь Чапаева». Но первоначально отметим, что Кутяков пишет о действиях 1-го Пугачевского полка и 2-го полка имени Степана Разина. В действительности наступление вели 1-й Николаевский и 2-й Николаевский полки, которые были переименованы позже. Поэтому будем придерживаться того наименования полков, которое они имели в то время.

В. И. Чапаев, назначенный 20 августа приказом начальника дивизии Николаевских полков командиром 1-го Николаевского кавалерийского полка, прибыл в село Порубежка. Командир 1-го Николаевского полка И. М. Плясунков доложил ему, что его полк вторые сутки ведет бой с чехословацким отрядом, который на рассвете захватил переправу через реку Большой Иргиз у села Порубежка и теперь настойчиво стремится занять Порубежку. По мнению Плясункова, если полк будет переброшен через Давыдовку к Николаевску, то «не мы атакуем чехов в Николаевске, а они нас в Давыдовке с тыла. Приказ начдива Захарова об отходе на Давыдовку, безусловно, повредит нам».

В. И. Чапаев, выслушав И. М. Плясункова, приказал: «Ошибочного распоряжения начдива не выполнять, приступить к боям за возвращение переправы через Большой Иргиз». 1-му Николаевскому полку предписывалось, прочно удерживая Порубежку, перейти в контратаку, нанести поражение чехословацким частям и захватить обратно переправу через реку Большой Иргиз. После выхода 2-го Николаевского полка в тыл противника 1-му Николаевскому полку предстояло совместно с ним атаковать противника в селе Таволжанка.

С целью ввести в заблуждение командование Отдельного Чехословацкого корпуса Чапаев предпринял 21 августа демонстративную атаку. Об этом поведала Е. А. Чапаева в своей книге «Мой неизвестный Чапаев». Она пишет:

Это позволило 2-му Николаевскому полку совершить перегруппировку и выйти с севера в тыл села Таволжанка, на расстоянии двух километров от тяжелой батареи противника, ведущей огонь по 1-му Николаевскому полку.

Далее И. С. Кутяков отмечает, что Чапаев, несмотря на сильную усталость бойцов, приказал продолжать ускоренное движение вперед на Николаевск. Чехословаки, занимавшие город, оставили его и в панике отошли через село Селезниха на Богородское. 21 августа около 8 часов утра части Чапаева после непродолжительного боя заняли Николаевск. О том, что противник не оказал серьезного сопротивления, говорится и в донесении командующего 4-й армией от 21 августа в штаб Восточного фронта:

В это время в штабе 4-й армии был вскрыт заговор. Уполномоченный наркома по продовольствию А. К. Пайкес и политкомиссар 4-й армии Б. П. Зорин 22 августа из Саратова сообщали В. И. Ленину:

В тот же день В. И. Ленин и председатель ВЦИК Я. М. Свердлов телеграфировали Л. Д. Троцкому, находившемуся в Свияжске:

О поездке Троцкого на Саратовский участок фронта мы расскажем позже. Пока же отметим, что заговор в штабе 4-й армии был своевременно ликвидирован, а 15 заговорщиков расстреляны. Теперь вернемся на фронт. Части дивизии Николаевских полков, стремясь закрепить успех, 28 августа перешли в наступление против противника, который занимал на левобережье Волги позицию, проходившую через села Злобинка, Большой Красный Яр, Горяиновка и Духовницкое. Удар наносился одновременно с фронта и с фланга, а главные усилия сосредоточивались на направлении Линовка, Духовницкое.