川军虽然击退了藏军对川边的第二次进攻，但乡城一带仍为藏军所控制。尹昌衡决定继续从省城抽调部队，厚集兵力，乘胜向乡城发动进攻。这是一次历时较长，并对稳定川边局势具有重要意义的作战。
一、川军的作战部署
乡城地处巴塘、理塘之南，靠近云南边境，周围皆山，城西有桑披岭为天然屏障，城东的无即河水流湍急，不便舟楫航行。此外，马鞍山、冷龙湾、阿都、下洼、门坎山、八格等处，均为险要之地，亦为进攻乡城必由之路，虽山道崎岖，但能通行驮马。乡城驻有藏军三四千人，主要是步骑兵，还有少量炮兵。武器有日式速射山炮、德式管退炮各一门，另有五子、九子、十二子等杂式快槍（平均二三人有一支），其余均为土槍、土炮和刀矛。
1913年4月2日，孙绍骞在理塘接替嵇廉为攻乡总指挥。4日，由省城派出的第四师参谋长刘成勋率混成支队到达理塘。于是，确定了进攻乡城的部署：刘成勋率混成支队步兵三个营、炮兵二个连、机关槍一个排为左路，由理塘经稻城向乡城进攻；孙绍骞率步兵一营和朱森林、周尚赤的两个步兵营及炮队、卫生队等为右路，由喇嘛桠（丫）经火珠乡向乡城进攻。
二、右路军攻占冷龙湾
在右路军发起进攻之前，盘踞乡城的藏军一部突然围攻靠近喇嘛桠的东龚。川军支队长周尚赤率部反击，将藏军击退，并夺获日式速射炮一门，其它军械数十件。右路军首战告捷，士气高涨。孙绍骞决定每兵暂发糌粑两碗，于5月15日分三路发起进攻。16日，一举攻克下洼、阿都，17日又克火珠乡的山根子。因部队缺粮，遂暂驻火珠乡。该处喇嘛寺之堪布罗松成献出杂粮千包，以济军食，于是士气复振。5月23日，朱森林率队由山根子向马鞍山进攻。马鞍山路隘林密，藏军凭险坚守。朱部与之激战一日，未能攻克。孙绍骞令周尚赤等率部往援，合力进攻，始将马鞍山占领。藏军退守冷龙湾的碉房、坚卡①，进行防御。川军进攻数日，终不能克。当时部队缺粮缺水，士气颇受影响。6月3日，孙绍骞亲自到达前线，安定军心。6月25日，川军再次发起进攻，将藏军击退，先后攻占了冷龙湾和门坎山。
三、左路军进占稻城
4月25日，左路军进至拉波，侦知藏军在夕波筑有坚卡十余处、碉房数十座，外有散兵壕和深沟。27日夜，刘成勋密令三营营长张建勋率所部及炮兵第二连，参谋赖心辉率预备营一、四连和机槍排，分道潜占各要隘。28日上午8时发起进攻，先用炮火猛烈轰击，继以步兵第九连由界牌山腰向夕波正面，第一、十一连从左右两翼同时进攻。战至下午4时，川军连克十余座碉房，迫使藏军向稻城方向退走。夕波告捷后，附近的藏军相继投诚。5月3日，攻乡左路川军收复大桥，8日进占色母，逼近稻城。
稻城附近群山环绕，中为平坦坝地，筑有碉房数十座，坚卡十余处。藏军分占东西两侧高山及坝内碉房。刘成勋命预备营营长张英率步兵一个营、炮兵一个连为第一队，进攻右侧高山，命三营营长张建勋率步兵一个营、炮兵一个连为第二队，进攻左侧高山；命参谋赖心辉率步兵一个营、机槍兵一个排为第三队，防守各隘口，相机应援。
5月10日晨6时，川军开始进攻。由于第一队需通过开阔的低洼地，张英派出敢死队冒敌炮火匍匐前进，接近山边，经四小时激战，夺取山顶坚卡四座，进至距藏军主阵地五六百米处。张英一面命炮兵向藏军主阵地射击，一面要求第三队派出机槍一挺抄袭藏军退路。炮兵连续发射炮弹四十余发，击毁碉房十余座，尔后转移火力向稻城城内集中射击。与此同时，张建勋所率之第二队与藏军步骑兵千余人接战，至上午10时，夺得坚卡六七座，并以一个连迂回藏军右翼，粉碎了藏军从左翼抄袭的企图。下午3时，一、二队分别向当面之藏军发起总攻。稻城及坝内之藏军动摇，纷纷逃窜。川军攻占稻城后，立即乘胜追击，于16日克桑堆。藏军向乡城退却。
四、会攻乡城
稻城战后，刘成勋于5月27日率部队主力绕道进攻中乡城②，在簇东高地击退藏军的拦阻，进入八格村南的狭谷，遭到谷底和山顶藏军三千人的袭击。张建勋督率前卫营各队迅速夺占了谷底的一座坚卡作掩护。刘成勋见前卫营受阻，立即命赖心辉率兵向左面山顶迂回，连长李邦君、萧子英率兵向右面山顶攻击，张英督队策应。入夜，藏军败退。刘成勋乘机率队追击二十余里，始出谷口，并乘势攻取了八格村及上乡城各要隘。藏军焚毁桥梁，退守对河贡撒、俄杂及业洼等地，凭险顽抗。5月29日，刘成勋部因无造筏架桥器材，遂挑选士兵数百人，从上下游泅渡，分左右两翼实施强攻，并在对岸用火炮、机槍火力予以支援。部队渡江后，攻占贡撒、俄杂，河左部队则直逼业洼。业洼距定乡城二十余里，丛林茂密，坚卡重重。6月3日，刘成勋令张英趁夜暗浓雾，率队进抵业洼左侧高山及右侧河岸一带，占领了进攻出发阵地，于拂晓发起进攻。藏军依托碉房、坚卡顽强抵抗。张英见正面攻击无效，便命步兵两个连从左侧高山密林中抄袭藏军后路，炮队从正面猛击碉房。藏军不支，退向桑披岭。
左路军经过连续作战，前方兵力已不足两营。刘成勋遂致电尹昌衡，请求派兵一营，接替后方防务。6月19日起，刘成勋集中所部兵力，经三昼夜激战，攻克藏军屯粮要地罗拉寺。23日，又攻占雨洼。藏军退至定乡城外之最后一道防线泥四顶。至此，川军左右两路军从冷龙湾、雨洼对乡城形成了钳形攻势。泥四顶两侧高山耸立，森林茂密。藏军以少数兵力配置于正面，主力隐蔽集结于左山，企图侧击从正面进攻之川军。张建勋侦知藏军部署后，命一部兵力从正面佯攻，主力从左侧迂回进攻。经一日激战，连夺坚卡十余座，迫使藏军退向定乡。川军紧追不舍，抢占通往定乡的大桥，为攻城作战创造了有利条件。
6月25日黎明，孙绍骞所率之右路军在攻占冷龙湾、门坎山之后，即从右翼向定乡进攻，刘成勋所率之左路军从泥四顶协同进攻。经五小时激战，藏军动摇，向下乡城方向撤退。下午3时，孙、刘两路军攻占定乡。
不久，江西、江苏等省爆发了由孙中山等领导的讨袁战争，四川的熊克武亦举兵响应，刘成勋支队奉调返回成都。西藏少数亲英分子又乘机唆使和支持各地暴乱，川边形势再度吃紧。孙绍骞为了应付危局，一面令各营分扎各要地，以保粮道，一面对下乡城一带的藏军进行招抚。由于亲英分子的阻挠和破坏，招抚工作未见成效。10月31日，藏军数千人分三股围攻定乡。孙绍骞率部坚守二十余日，在得到运粮队的增援后，实施反击，才得以解围。
1914年初，川军先后收复了下乡城、丹巴及三十九族地区③，从而稳定了川边局势。