双方前期的行动
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7月1日，国民革命军开始行动，但是苦寻20余日后，无法发现红军主力。7月底。国民革命军突然发现红军主力已绕道开往兴国，蒋介石判断红军的目标是西渡赣江，于是命令各部压缩红军活动空间，意图将其主力困在赣江东岸加以歼灭。
毛泽东、朱德的初期计划是寻机从富田突破包围圈，将深入中央苏区的敌方主力部队置之不理，而扫荡其后方留守部队，待到其主力回师援助的时候，寻找战机歼灭其孤立部队。但是，当红军向富田前进之时，被国民革命军发现，11、14两师抢先占领富田，将红军主力堵截在富田以南。
此时，面对蜂拥而来的敌军，毛泽东立即决定改变战略，以地方部队红三十五军伪装主力准备强渡赣江，主力部队于8月4日抢在国民革命军左、右集团军合围之前，在双方部队中仅有的40里缝隙地带偷越北上，转移到莲塘地区。
双方的决战
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主条目：莲塘黄陂战斗、高兴圩战斗、老营盘战斗和方石岭战斗
8月7日，红军主力在莲塘歼灭第47师一个旅，随即在良村歼第54师大部。8月11日，在黄陂歼灭第8师约四个团。此时，国民革命军方才发现赣江边的已经不是红军主力，迅速回师北上。
在这种情况下，红军再次派出红十二军向乐安前进诱敌，主力则返回兴国休整。8月下旬，当国民革命军发现红十二军并非红军主力，再度回师兴国时，已是强弩之末。9月，唐生智联合新桂系、陈济棠、石友三等人，拥戴汪精卫在广州设立“国民政府”，向衡阳进军。国民政府不得不命令国民革命军撤出战场，准备转入平叛。红军于是迅速展开反攻，9月7日，红三军在老营盘歼灭第9师一个旅，9月8日，红军主力在高兴圩遭到十九路军的激烈抵抗，被迫撤退，9月15日，转而在方石岭全歼第52师及第9师残部。
9月18日，九一八事变爆发，蒋介石不得不返回南京，至此，第三次战役以红军的胜利告终。