汪惟正得知霹靂軍三路大軍往利州而來，如墜冰窖，不禁打了個寒戰。眼下十一月初，雖然天氣已經頗有涼意，卻並不十分寒冷。經過大獲城兵敗之後，以利州為核心的川北蒙軍隻有了八千餘人，刨去已投降的劍門關守軍，汪惟正麾下隻有了六千人。這點人馬要抵擋住霹靂軍的進攻簡直是癡人說夢，當下他便起了撤退之心。
汪惟正的想法剛說出口，汪良臣、汪忠臣、汪清臣等汪氏元老卻不乾了，其弟汪惟純、汪惟明等人也出聲反對。在汪良臣等人看來，汪氏家族自父親汪世顯自隴右鞏昌起家，曆事金、蒙兩朝，一直為半獨立勢力。汪德臣繼位後，也頗受蒙古大汗信任，更受蒙哥大汗恩寵，正因為如此,才有汪惟正子承父業。如今他卻要放棄汪氏家族苦心經營多年的利州，真的是崽賣爺田不心疼。
除上述理由之外，汪良臣等人還認為開平的詔令明確要求堅守巴蜀。忽必烈本就對蒙哥心腹舊臣多有打壓，如果不戰而退，定然會被追究違詔之罪，並被奪掉兵權和領地，甚至會禍及鞏昌的汪氏族人。即便利州這六千人能全身而退出蜀地，也會因失去兵源、財源而無法生存，隻能被其他漢軍世侯吞並。失去了利用價值的汪氏一族將會被忽必烈徹底拋棄，屆時仇家尋上門來，便隻是覆滅的命運。
汪良臣等人的話讓汪惟正如夢初醒。當下他便決定死守利州。隻要利州不失，就能保住興元府即漢中十數個州縣及鞏昌領地。當下他便下令將兵力收縮回利州城，在外圍層層構築城防工事，又下令讓駐守在興元府的叔叔汪翰臣率軍來援。自蒙古興起之後，政權采用的是分封製，而不是中央集權製。忽必烈稱汗後，為了爭取拉攏蒙古貴族和漢軍世侯，也從其舊製。漢中之地也是汪氏的地盤，其軍政大權也掌握汪氏家族手中。
十二月初，當汪翰臣帶著三千援軍急匆匆趕到利州城，使利州城中兵力達到了九千人，還有上萬民壯，這讓汪惟正心中稍定。隻是不久之後，他又心中惶恐起來。因為霹靂軍大軍的陸續到來，總數達到了二萬人，另有超過這個數量的基乾民兵。歐陽軒已經下定決心，要畢其攻於一役，將蒙軍勢力徹底逐出巴蜀大地。此次他也帶著總參謀部來到了利州城下。
此次大戰，霹靂軍出動了第一、二、四這三個主力師，總人數有三萬六千人。除了所屬水軍的沒有參與陸上行動外，這三個師下轄的三個偵察營和三個特種營，也未參加圍城。這六個營已奉總參謀部的命令，分彆經金牛道、米倉道、荔枝道這三條古道，往興元府即漢中滲透。這些部隊平時便進行翻山越嶺的訓練，此次前去漢中除了乾糧外隻帶了輕武器，又有當地人領路，倒有不少把握。
金牛道源自於“石牛糞金，五丁開道”的典故，因此也有石牛道之稱。由漢中出發，經過陽平關，然後轉向西南至利州，沿嘉陵江南下即可達劍門關。米倉古道始建於秦末，因穿越大巴山支脈米倉山而得名。米倉道北口為“y”字形，由興元府出發，向南翻越巴嶺山進入巴江穀地，繼續南行到達巴州。荔枝古道始建於唐代，是連接涪州與漢中的驛道，相傳唐玄宗為了讓涪陵一帶的荔枝快速運送至長安，命人修建的傳驛道路。
總參謀部在製定作戰計劃時，料定大軍兵出利州，漢中汪氏蒙軍必然來援。漢中久無戰事，本來兵力就不多，再往利州方向調兵，其周邊十餘個州縣必然兵力空虛。霹靂軍隻要能偷襲一城並站穩腳跟，必然會使利州蒙軍陣腳大亂。歐陽軒知道這三條道路上，蒙軍必然設有崗樓或哨點，在隆冬時節穿越也困難重重。他堅持這樣做的目的，是要讓汪氏風聲鶴唳。為此他在命令中明確說明，此次任務允許失敗，如果前進受阻可以返回。
加上基乾民兵霹靂軍共有五萬人，他們並沒有全部聚集在利州城下，而是以團為單位，分彆前去攻打利州周邊各個堡寨。利州城下也不可能同時展開如此龐大的兵力。歐陽軒命曹軒和張玨部將利州城團團圍住，黃大根則負責清剿川北汪氏的各個堡寨據點。這些堡寨的兵力大部分已縮回了利州城中，剩下要麼望風而逃，要麼打開寨門投降了。不到半個月的時間，川北除了利州之外皆被光複。
與此同時，曹軒和張玨也指揮部下向利州城下步步逼近。之所以是步步逼近，而不是進抵城下，是因為守軍的武器射程超過了霹靂軍。汪氏作為典型的漢軍世侯，手下有大批手藝精湛的工匠，攻城武器製作水平極高。此時利州城牆上，便擺放著一百餘具製作精良的八牛床弩。這些威力巨大的武器不僅射程高達三裡，而且還裝了望山，使得射擊精度得到大幅度提高。
由於劍門關嘩變事發突然，加之冬季河水淺窄，使得此次霹靂軍攻打利州的後勤並不充分，隻帶來六百餘門中、輕型野戰炮，各師的重炮都留在了後方。這些野戰炮不僅射程不及守軍的八牛床弩，威力也難以擊破城防工事。據霹靂軍炮兵軍官測算，要達到理想的炮擊效果，需要將火炮陣地設置在距城牆一裡半內，這意味著霹靂軍士兵需要在敵人床弩打擊下前進一裡半。
利州蒙軍在弩箭上綁紮了浸了火油的棉布，使之成為威力極為恐怖巨型火箭。這種巨型火箭不僅對人員威脅極大，也可以輕易摧毀攻城武器。曹軒曾命人推著一門輕型炮前往距城牆兩裡處試炮，卻遭到床弩的集火射擊。數支巨大的火箭輕易便將保護火炮的揗盾摧毀，並擊中了彈藥，引發了強烈的殉爆。試炮的一個班士兵均死於非命。
遭遇此次打擊之後，歐陽軒便命曹軒和張玨不要冒進，而是采用掘壕推進的方式向利州城牆推進。時值隆冬，土地凍得十分堅實，挖掘起來十分費力。歐陽軒自然知道這是個笨辦法，卻也無可奈何。此次霹靂軍人數眾多，冒著敵人的火力強攻也能一鼓而下，但將會有許多士兵白白犧牲。
土木工事能削弱火器的威力，也能削弱床弩的殺傷力。汪惟正眼見霹靂軍掘壕步步進逼，卻毫無辦法。畢竟城外霹靂軍兵強馬壯，他根本不敢派兵出城突襲，因為那無異於送人頭。既然霹靂軍在掘壕，自己也不能閒著，總得做點什麼不是？於是乎，他也下令挖壕築牆，繼續加固城防。在梓潼和大獲城吃過霹靂軍火炮苦頭之後，他覺得多挖洞多築牆，總是不會有錯的。
一時間，利州城外、城內都在挖壕築牆，如果從空中俯看，下麵不像是戰場，而是個十足的大工地。
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