劉偉晨向部隊下達了命令：“向徐州城發動總攻。佯攻東門和小北門的部隊一定要大造聲勢，把敵人的注意力牢牢地吸引住，配合駐紮在城內的張文生部發動起義。”
軍官們齊聲回答：“保證完成任務！”
劉偉晨接著說：“張功圓留下，其他人回去準備吧！”
劉偉晨對張功圓說：“張師長！戰鬥打響後，你率領六輛坦克外加一個步兵營守侯在西門外，城門開啟之後，配合張文生的部隊在城內開展大搜查，一定要抓住張勳和袁世凱！”
張功圓回答：“參謀長！恕我直言，害人之心不可有，防人之心不可無。萬一張文生部詐降，或者起義失敗怎麼辦啊？”
劉偉晨回答：“如果發生這種情況，你就下令開炮攻城，到時候我會派兵增援你!”
張功圓回答：“是，知道了！”
經過準備以後，雷霆縱隊向徐州城發動進攻，在炮擊結束後，戰士們向城門猛衝，清軍堅守在城牆上開槍放炮，投擲炸彈，阻止雷霆縱隊的進攻。這次戰雷霆縱隊吸取了山海關戰役中攻城的經驗教訓，給負責登城的突擊隊員配備了機槍、手槍、手榴彈等便於近戰的武器。在雷霆縱隊的猛烈攻擊下，清軍漸漸堅持不住了。於是軍官下令，從沒有遭到攻擊的西門抽調一部分部隊趕赴東門和小北門增援。
在守衛西門計程車兵被抽調走後不久，城西門緩緩開啟了，張功圓看見立刻下令部隊入城。雷霆縱隊與張文生部隊見面後，簡單作了分工，雙方士兵合在一起，一部分從守衛東門和小北門的清軍背後發起進攻，一部分對城內開展搜查，一部分直奔道臺衙門（徐州清軍的指揮部所在地），由於雷霆縱隊對守衛城門的清軍前後攻擊，城牆上的清軍很快放棄抵抗，有的逃跑，有的投降。城內進攻計程車兵開啟城門，與城外的部隊會合了，完全控制了徐州城。
劉偉晨進入了徐州城，在道臺衙門設立了指揮部，徐浩峻報告說：“參謀長！經過對全城的搜遍，沒有發現張勳和袁世凱！”
劉偉晨說：“組織部隊對出城人員嚴格盤查辨認，防止張勳和袁世凱化妝混在老百姓當中出城！”
“是！我去佈置！”
“通訊員！把張文生請來！”
不一會兒張文生來到了指揮部，劉偉晨說：“張將軍！我是雷霆縱隊總參謀長劉偉晨，在此我謹代表雷霆縱隊全體將士對貴軍起義成功表示歡迎和祝賀！”
“謝謝將軍！”
“經過對全城的搜查，沒有發現張勳和袁世凱，你知道張勳和袁世凱會藏在哪兒嗎？”
張文生說：“劉將軍！昨天袁世凱就把軍隊的指揮權移交給張勳，自己率領部分部隊奉旨向金陵城撤退了。今天貴軍攻城之時張勳一直在指揮戰鬥，即便他趁亂逃跑也跑不遠，至於往哪裡逃跑了，或者是隱藏在哪裡，我還真不知道！”
劉偉晨說：“你的部隊起義了，現在有什麼要求嗎？”
張文生說：“軍人以服從命令為天職，我的部隊起義了，就是屬於你指揮，一切聽從你的命令，服從你的安排!”
劉偉晨說：“你的部隊先在你原來的兵營駐紮待命吧！”
“是!將軍還有什麼吩咐嗎？”
“你先回去吧！”
劉偉晨想：袁世凱逃往金陵城，我估計張勳不會藏在徐州，肯定已經逃出城了。要派出部隊向金陵方向追擊，爭取找到張勳。
再說張勳見張文生的部隊發生倒戈，雷霆縱隊攻城後，趕緊帶領一百多名親兵馬隊衝出徐州城，向著金陵城的方向飛奔。直到一更天（大約晚上七點），他們進入山區後，估計離徐州已經很遠，雷霆縱隊一會半會不能來到，才在一個村子附近停了下來。一個軍官提議：“大人！弟兄們從今天早上開始和唐軍交火，現在已經又累又餓，人困馬乏，卑職建議在這個村子裡休息一下，吃點兒東西，然後再繼續趕路吧？”
張勳也感覺飢腸轆轆累的疲憊不堪了，說：“好吧！進村吃飯休息，天亮之後繼續向金陵進發！”
清軍進入村子，挨家挨戶敲門，命令村民為他們做飯、餵馬，如果不開門，他們就用槍把門砸開，整個村子被他們弄得雞飛狗跳。
這個村子的里正（村長）見砰砰敲門，急忙去開門，看到是凶神惡煞的當兵的，幾個清軍進到家裡，吼叫著說：“老子快餓死了，趕快給老子做飯！”