8月2日,北上抗日先遣队从水口出发向福州进军。从水口至福州约70多公里,由于沿江的交通干道被敌人控制,只得绕道沿闽侯北面的洋里、雪峰、大湖山区而行。当天黄昏遭到国民党军航空第三队飞机的袭击,由于缺乏防空经验,伤亡七八十人。3日,部队进入水口东南的安仁溪。4日,经上洋向大湖方向挺进,6日晚,从大湖经江洋东进,一路急行军直逼福州。
为防备北上抗日先遣队进攻福州,国民党当局已布下重兵进行把守。7日,北上抗日先遣队的先头部队前进到岭头、菜洋和笔架山,便在赤桥与国民党军队的便衣队相遇,迅速将之击溃,沿村道至新店一路横扫敌排哨。守敌在红军进攻后,不得不退至浮村高地。随后,北上抗日先遣队以一部分兵力牵制浮村守敌,以大部兵力向义井袭击。国民党军即派两个团兵力增援,双方在隐士山一带发生激战。北上抗日先遣队担任前卫的第三师曾一度攻到福州城西角,后因城墙太高,攻城梯子短,无法攻入城内,当即撤出战斗。8日凌晨1时,北上抗日先遣队以一部从猫头山占领玄沙寺高地,向敌大长岭阵地佯攻,以主力向应石山猛攻,集中十余挺轻重机枪组成火力网进行掩护,沿新店通镇海楼马路挺进。但由于守敌凭借强固工事和侧后重机枪居高临下扫射,并出动飞机进行轮番轰炸,红军还不善于巷战,又无防空手段,几次强攻,曾一度攻占国民党军部分阵地和北门的一些街道,但伤亡很大,无法攻入城内,至凌晨3时撤出战斗。9日凌晨1时,北上抗日先遣队重新部署战斗,由小北岭取道莲花峰前进,主力绕过新店、湖前向福州北门进攻。这时,国民党八十七师直属部队及五二二团和五一七团一部已赶到省城增援,主力分布于湖前与北门楼附近,严加防守。北上抗日先遣队的进攻再度受阻,形成相持的不利局面,加上国民党飞机轮番进行轰炸和扫射,造成了不少的伤亡。为此,考虑到敌人已调集重兵把守福州,即便攻进城内,以现有的兵力,也只能占据一隅,反而会陷入进退两难的境地。北上抗日先遣队决定停止攻城,部队退至小北岭一带稍作休整,准备向连江桃源方向转移。
北上抗日先遣队攻打福州,是中革军委在战略上的一次重大失误。福州战役不仅打乱了原定北上的计划,而且以擅长于打游击战、运动战,缺乏攻坚战装备和经验的红军,去攻打城防坚固、重兵把守的省城,加上准备仓促,没有摸清福州的情况,便贸然出击,待战斗打响才发现“福州实在太大了”。而且,由于中共福州白区党组织新近受到破坏,大部分党组织停止活动。北上抗日先遣队进攻福州时,尽管福州“城内有一部分党员准备响应,因力量太弱反遭屠杀”。致使攻城行动未能得到当地党组织的有力配合。种种因素导致北上抗日先遣队攻打福州的行动失利,不仅没有吸引和调动“围剿”中央苏区的国民党军队,反而暴露了北上抗日先遣队“只是一支不怎么大的牵制力量。从此,敌人就一直疯狂地追击和堵截”。
当福州守敌国民党八十七师王敬久部根据空中侦知北上抗日先遣队已向连江方向转移时,于8月9日急令第五二二团由原防地新店的湖前出发,经桥头、茶亭口、宦溪、板桥向桃源侧面追击,企图封锁桃源通往潘渡方面的道路。10日9时许,敌前卫第三营在板桥与北上抗日先遣队警戒部队打响。敌第三营占领降虎阵地,掩护第二营占领板桥山、天元顶高地,第一营占据右翼阵地。为了争主动,北上抗日先遣队决定给尾追之敌来个迎头痛击,由第二师攻击敌正面的第二营,第三师侧击右翼的第一营,第一师向敌右翼迂回断其退路。经过激烈战斗,红军占领部分阵地,俘敌六七十人。敌军被迫收缩兵力,凭借火力优势,固守要地,等待后续援兵。国民党八十七师急调二五九旅旅长率五一七团一营、五二一团两个榴弹炮连火速前往增援。航空第五队也派飞机前往助战,对红军阵地进行狂轰滥炸。下午3时许,红军集中兵力向敌五二二团中央阵地展开猛攻,双方展开白刃战,给敌军予沉重打击,并将红旗插上敌阵地,敌机以为主峰阵地被红军占领,进行大肆轰炸,敌我双方均死伤不少。后由于迂回敌后的第一师在板桥附近遇敌阻击,并遭敌机轰炸扫射,伤亡严重,只能撤回,使北上抗日先遣队未能实现前后夹击敌军的计划。而此时敌军的增援部队已逼进降虎地区,为此,北上抗日先遣队决定利用夜色的掩护撤出战斗,向闽东地区进发。
三、进入闽东闽北苏区
北上抗日先遣队进攻福州之前,就通过报纸了解到“闽东共产党大肆活动,以福安、宁德、霞浦为尤甚,约有十余股,人数约六七千人,枪约三四千”。国民党八十七师、新十师、浙江保安团共8团以上兵力曾前往“清剿”。为此,认为“对该一带游击战争,我们确须与之联系,并帮助整理其工作”。故而致电中革军委请示“须绕进宁德、福州、寿宁地区,需时颇多,不能在八月内到达杭江铁路,至早亦须在九月初。自后如何盼示,以便布置行军路线”。