1967年8月4日清晨，以王洪文为首的“工总司”调动了号称24万大军（实际为10万余人），出动了一千多辆卡车和公共汽车，以及巡逻艇、打捞船，从水陆两路将上柴厂团团包围。两架直升飞机在上海柴油机厂上空盘旋。摄影师们用电影胶片纪录了这场武斗。
而当时上柴厂厂区内的“联司”人员，仅有一千多人。
5时多，三十多名解放军战士到达厂门口，手持“红宝书”，封锁了大门。随即，在“工总司”大旗引导下，满载冶金系统钢铁工人组成的“敢死队”的大卡车不断开到该厂门区，从车上跳下的“敢死队员”个个手持长矛，头戴钢盔，身穿帆布工作服，杀气腾腾。
火线指挥部设在上柴厂南面五六百米远的一栋房内，由王洪文任总指挥，“市革委”负责人及驻沪三军代表坐镇指挥。
8时许，王洪文一声令下，进攻开始了。“联司”在钢铁大门后堆放了无数乱石、铁板等障碍物。“敢死队员”刚冲向大门，即遭到防守厂内的“联司”人员用由钢条和强力橡筋制成的大威力弹弓、石头、砖块的迎击。
同时，已经感到大势已去的“联司”,派人在总部大楼的高音喇叭中高喊：“天下工人是一家！”“工人不打工人！”
王洪文指挥“敢死队员”先砸喇叭，几百人先后几次冲击大门，均因大门后堆放了大量钢板、乱石，“联司”防守人员的石头、砖块和弹弓射出的螺帽火力太猛，而告失利。
很快，火线指挥部调来一辆大吊车，将大铁门撞倒。顿时，冶金、电力、港务局、纺织、化工、交通运输等系统的工人和各大中学校的红卫兵，潮水般涌进工厂，喊杀声惊天动地。“工总司”队伍冲进厂区后，首先占领了食堂，断绝了“联司”的水源、粮源，并切断了电话线和电源。随即包围了一号楼和二号楼的锻造和气煅两个车间。
“联司”人员用弹弓、螺帽、石头、砖块、长矛、铁棍和自制的汽油燃烧瓶奋力抵抗，几十个人步步退守到气煅车间房顶上。在铸工车间屋顶上，“联司”的武斗人员从高空抛下砖块，进攻者几经攻击失效。
于是，“工总司”调来“消革会”的17辆消防车，用高压水炮射击，消防队员顺水管爬上屋顶，后面大批人群紧紧跟上。几十个“联司”人员被迫投降。
在“联司”的奋力抵抗下，“工总司”开展了一个车间一个车间、一个屋顶一个屋顶的争夺战。锻造和气煅两个车间被攻占后，工具车间、大马力车间、油泵车间也依次被拿下。随即，进攻队伍以主力攻击“联司”总部大楼和动力车间。这是“联司”的最后阵地，进攻者遭到顽强抵抗，双方陷入白刃战。
据“工总司”《工人造反报》所载的《八月四日上柴战地目击记》报道：一号、二号、三号三幢大楼被造反派战士占领后，“联司”坏蛋都退居到四号楼、五号楼固守。四号楼是“联司”总部，由“联司”的所谓“敢死队”直属兵团据守，组织了密集的“火力网”，砖头、石头、石灰、铁器……象冰雹一样从高空抛下，还用皮弹弓射下螺丝帽，甚至扔下硝镪水、黄磷、燃烧瓶、汽油……很多革命造反派战士受了重伤，周围的房屋、电线也烧起来了，上柴厂战地一片烟雾腾腾。“消革会”、“义革会”（“义革会”指“义务消防队革命造反委员会”——引者注）的负责人，眼看“联司”疯狂地垂死挣扎，眼看阶级兄弟倒在血泊中，激起了强烈的阶级仇恨，屡次请战，要求出动消防车，担负主攻任务，迅速歼灭“联司”老巢。指挥员观察了现场作战情况，为了力争在白天摧毁“联司”老巢，减少伤亡，减少工厂损失，根据“消革会”、“义革会”（ “义务消防队革命造反委员会”）的请战，决定“消革命”、“义革会”出动主攻，用云梯搭桥，用水枪灭火和制止投掷燃烧瓶、黄磷、硝镪水和石块等凶器、掩护进攻。三时许，“消革会”、“义革会”第二批战士在“消革会”常委詹XX带领下乘车到达上柴战地，指挥员下令投入战斗，进攻四号楼。这是关键的一战。
这时，火线指挥部获悉：天黑后，青浦、嘉定等地农民武斗军将援助“联司”，包围“工总司”。王洪文下令：天黑前无论如何要攻下来。
进攻者攻上“联司”总部大楼的木模车间的屋顶，遭到燃烧弹迎击，顿时火光冲天，屋顶塌陷，几十名进攻者摔下地面。
在高压水炮射击下，消防队的架高空云梯车升了上去，以高空优势压制住“联司”的抵抗，进攻者终于冲上“联司”总部大楼屋顶。双方展开浴血奋战几个小时，“工总司”占领了总部大楼，动力车间也很快被攻占。进攻的人群浩浩荡荡冲进各处，“联司”被俘者几乎个个被打，人人受伤。
下午六时，“工总司”占领了整个上柴厂，“联司”一千多人全部被俘，其头头杨仲池也在地下室被俘获。被俘者双手高举投降，嘴里要反复念叨：“我有罪，罪该万死！”
沿路挤满了看热闹的市民，一时万众空巷。
对整个武斗过程，火线指挥部组织了庞大的摄像队伍现场录像，并出动了两架直升飞机，由上海电影制片厂的摄影师现场拍摄全部实景。
9月24日，新华社发出电讯：《伟大领袖毛主席最近视察了华北、中南和华东地区，调查了河南、湖北、江西、浙江、上海等省、市的文化大革命情况》。其中传达了最新最高指示：“伟大领袖毛主席视察上海时作了极其重要的指示：“在工人阶级内部，没有根本的利害冲突。在无产阶级专政下的工人阶级内部，更没有理由一定要分裂成为势不两立的两大派组织。”