בשעה 16:50 החלו לתקוף כוחות קאוקג'י בסיוע ארטילרי ושריוניות את משמר העמק. תחילה פתח "צבא ההצלה" בהפגזת תותחים כבדה על הקיבוץ (חלק מן הפגזים החטיאו ופגעו באבו שושה), אליה נלוותה אש מן המשוריינים, ואש מרגמות. אש זו גרמה לשני הרוגים, אם ובתה, מפגיעת פגז בבית התינוקות. כן גרמה האש למספר פצועים, שאחד מהם מת אחר כך מפצעיו. נזק רב נגרם לבניינים. החשמל נותק (ותוקן) ומשק החי נפגע קשה. לאחר ההפגזה החלו לוחמי "צבא ההצלה" לתקוף את הקיבוץ מדרום, בעצמה של פלוגה מוגברת, ופלוגה נוספת נועדה לניצול ההצלחה. מלווים בחיפוי אש של חמישה משוריינים, החלו הללו להתקדם לעבר משמר העמק. המגינים ירו מספר פגזי מרגמה על ריכוזי הלוחמים הערבים, אשר כתוצאה עצרו את התקפתם; אמנם, מספר לוחמים ערבים הצליחו לחתוך את גדר הקיבוץ. עם רדת החשיכה נסוגו התוקפים.
היה ברור כי הקיבוץ לבדו לא יוכל להדוף גלי התקפה נוספים. בו ביום הורתה מיפקדת ה"הגנה" בעמק יזרעאל לחטיבת "גולני", שהייתה בתהליך התארגנות, לתגבר את משמר העמק בכוח של פלוגה. לגדוד "העמק" הורתה המיפקדה להכניס את כל הגדוד לתוך הקיבוץ, כדי לחזק את כוח המגן שכבר נמצא בתוכו. הפוגת הלילה נוצלה להתארגנות מחודשת. דרך שדות עמק יזרעאל הגיעו לקיבוץ כ-120 לוחמים מגדוד 14 של חטיבת גולני, בפיקודו של מאיר עמית, שהצטרפו למגינים ותפסו עמדות סביב לקיבוץ.
העימות על שיטת הפעולה של הפלמ"ח מול זו של ההגנה.
אשר לגדוד הראשון הרי דן לנר, מפקד הגדוד, נמצא אז בגליל המערבי שהיה מנותק ואת הפקודה להכניס את הגדוד לתוך משמר העמק קיבל הסמג"ד חיים אבינועם. הגדוד מעולם לא נקרא עד אז לבצע בשלמותו פעולה במקום אחד, אך הסמג"ד התחיל מייד לרכז את הפלוגות והמחלקות הפזורות בתריסר קיבוצים, לבד מפלוגה ג' שהייתה בחניתה ויחיעם המנותקות. ואולם, עימות חריף ועקרוני התעורר בינו לבין משה מונטג (מן), מפקד ה"הגנה" באזור, שלצידו כל המטה וכן חברים בכירים מן הקיבוץ הארצי. חיים אבינועם חונך על עקרון "היציאה מהגדר" מיסודו של מקים הפו"ש והפלמ"ח ומפקדם – יצחק שדה. הסמג"ד תיאר את הוויכוח הנוקב, שתוצאותיו היו גורליות לגבי המערכה במשמר העמק:
"אני נקרא למיפקדת המרחב שהייתה באותו זמן בקיבוץ שריד... שואלים אותי: 'איפה פרוס הגדוד שלכם? כמה זמן צריכים לרכז אותו?' אני אומר: 'הוא פרוס ביישובים... נקבתי במספר בין 450 ל-500 לוחמים ולוחמות... אני אומר: 'זה ייקח הלילה ומחר'. אומרים לי: 'צריך להכניס אותו למשמר העמק עד מחר בשעה 2 בצהרים'. מסבירים לי שלבריטים ברמת דוד יש הסכם שיעזרו להוציא את הילדים, אז תהייה איזו הפוגה. עד שתיים צריך להתרכז'... אני אומר בתדהמה: 'מה פתאום בתוך משמר העמק? להיות בשר תותחים... אני ארכז את הגדוד עד שעה 2, אני מבין את חומרת המצב... אבל לדעתי צריך לרכז אותו באזור ג'וערה, לתפוס את ח'רבת בית-ראס ואת חורשות משמר העמק ומשם לתקוף את רובייה אל-פוקה ואת מנסי'". בני שיחו הסבירו לו כי אנשי משמר העמק עייפים וסבלו פגיעה קשה. אבינועם הסכים להכניס לשם מחלקה, אך עמד על דעתו כי שאר הגדוד יתקוף. הוא הסביר כי לאויב יש עדיפות באש ובמיקומו מעל הקיבוץ, ומספר הנפגעים רק יגדל. לדעתו, על הגדוד לחסל את ההתקפה ולא לשבת להסתכל בפגזים נוחתים. לדבריו, "לא קיבלו את דעתי ונאמר לי חד-משמעית: 'אתה מקבל פקודה. תבצע'. אמרתי למשה מן: 'אתה לא המפקד שלי'". הסמג"ד התקשה מאד לדבר כך אל מפקד שהעריך ואף חשש מפני התוצאות של סירוב פקודה. הוא ביקש להתקשר באלחוט עם מטה הפלמ"ח והיה ברור כי הוא מנסה לעקוף את המיפקדה הממונה עליו. משסירבו לבקשתו, מצד אחד הורה כי ירכזו את הגדוד ומצד שני: "הגעתי לבית שערים... לקחתי סוס עבודה, הגעתי להזורע, שם היה מטה הגדוד והיה מכשיר אלחוט... שלחתי מברק ליגאל [אלון, מפקד הפלמ"ח]: 'הצטוויתי להיכנס עם הגדוד למשמר העמק, אני סירבתי, הצעתי לתפוס את בית-ראס ומשם לתקוף את קאוקג'י ברוביה ומנסי. נא אישורך". התשובה הייתה קצרה: 'תוכניתך מאושרת. הזקן בדרך אליך'".
"הזקן", יצחק שדה, נתמנה על ידי המטה הכללי לפקד על המערכה במשמר העמק. שייקה גביש, אז מפקד פלוגה ד', סבור כי יגאל אלון לא היה יכול להתערב במישרין, שכן הגדוד הראשון לא היה במערכה זו תחת פיקוד הפלמ"ח. לדבריו, הפתרון נמצא בכך ש"יצחק שדה יהיה המפקח שם... שלא יטילו על הפלמ"ח משימות שהוא לא רוצה לעשות... שהוא יהיה אוטוריטה מספיק טובה בשביל ה'הגנה', להגיד 'זה לא. זה כן, זה לא'. חיים אבינועם, כמה הוא יכול לעמוד מול מפקד מחוז של ה'הגנה'?"
התארגנות להתקפת הנגד ברוח הפלמ"ח, 5–7 באפריל 1948.
יצחק שדה הגיע ב-5 באפריל בבוקר. חיים אבינועם נזכר: "בשש בבוקר הזקן הגיע ב'פייפר'... אמר לי: 'בחורצ'יק, מה קורה?' סיפרתי לו, הוא אמר: 'אתה יודע שזה מאושר. מה התוכנית?' הצגתי לו את התוכנית, בית-ראס... הוא אמר 'זה טוב, אבל לא מספיק, אתם תלכו לא לבית-ראס, אתם תתפסו את מגידו'... אמרתי 'חסר לנו נשק... יש לנו [כלי] אחד לשלושה, אולי לשניים-וחצי אנשים... אקדחים וסטנים ורובים... אין מספיק מקלעים'. אז הוא אמר, לא אשכח את זה: 'את זה בחורצ'יק תיקחו אצלם' והצביע לעבר משמר העמק ורוביה". הדברים נאמרו בשעה שהם השקיפו מבית שערים על הבזקי ההפגזה שהתחדשה על משמר העמק.
בהציעו איגוף דרך מגידו ביטא יצחק שדה את השקפתו ופעולותיו במאורעות 1936/39 – יציאה מהגדר והכאת התוקף במבצרו. במשמר העמק הוא שאף לבצע איגוף עמוק, לעבר צומת ואדי עארה ומגידו, כדי לנתק את קאוקג'י מג'נין. בסופו של דבר תוכנית זו השתנתה. לדברי המג"ד דן לנר שהגיע גם הוא כעבור יום-יומיים לשטח: "לאיגוף כל כך עמוק לא היה לנו כוח וביצענו איגוף יותר קטן". היה גם קושי רב לרכז במהירות את כל הגדוד, באין מספיק כלי רכב. אבינועם קיבל מעט אוטובוסים ומחלקות הגדוד הגיעו לאזור המערכה ברכב שסיפקו הקיבוצים. מבחינת הציוד, לא כל הפלוגות של הגדוד היו באותו מצב. שייקה גביש, מפקד פלוגה ד' הוותיקה יותר, אומר שאצלו לכל לוחם היו נשק אישי ותחמושת בכמות סבירה, ואף חגור. חלק מהחגורים הזמין הוא עצמו מחיפה, את האחרים תפרו בנות ההכשרות. רחילק'ה שיינמן, אז ספיר, שהייתה מזכירת הפלוגה, מספרת שנשלחה עם הנַַשָק הפלוגתי פישל'ה לבית השיטה, כדי להביא עוד נשק ותחמושת מהסליק שמתחת לחדר האוכל. בדרך חזרה ראו מולם רכב צבאי בריטי שעמד בכביש ומתוך חשש לחיפוש בטנדר עמוס הנשק, חזרו למרחביה ונסעו דרך בלפוריה למטה הפלוגה בדליה.
בינתיים הגיעה למשמר העמק שיירת אמבולנסים, ובסיוע בריטי, הן בהגעה, הן בחזרה, פינו את הפצועים. כמו כן בצהריים, בעת הפוגה קצרה, נכנסה מחלקה מהגדוד בפיקוד אסף שמחוני למשמר העמק.
ואילו אבינועם ויצחק שדה באו לג'וערה, שם קבע שדה את מפקדתו בבית האבן. במקום היו כבר מחלקת מכי"ם ומחלקת קורס רגמים של החי"ש, והובאו גם פלוגות מחטיבת כרמלי וחטיבת אלכסנדרוני. מהמפקדה בג'וערה יכלו לראות איך מתבצרים הערבים בח'רבת בית-ראס.
הפגזה והפסקת אש קצרה, 5–7 באפריל 1948.
ב-6 באפריל בערב פתח שוב "צבא ההצלה" בהפגזה, אשר גרמה להרוג אחד. בסמוך לכפר ברוך נהרג מאש צלפים גם חיל חי"ש. ב-7 באפריל הגיעה יחידה בריטית לקיבוץ והציעה הפסקת אש ל-24 שעות. בדיעבד התברר כי לא הייתה זו יוזמה בריטית, שכן לאחר כיבוש משטרת לג'ון מאוחר יותר נמצא מסמך ביומן המשטרה ולפיו הגיע באותו יום לויטננט מ"צבא ההצלה" עם מכתב רשמי מאת קאוקג'י שבו הוא מבקש כי הבריטים יתווכו במשא ומתן עם משמר העמק על הפסקת אש.
חברי הקיבוץ קבלו את ההצעה כדי לפנות את הפצועים והילדים ולאפשר קבלת אספקה. הפצועים פונו כבר באותו לילה דרך קווי הערבים לשם קבלת טיפול רפאוי בבית חולים. הילדים, עם הצוות החינוכי, פונו למחרת ברכב צבאי בריטי. במקביל הגיעו לקיבוץ מכוניות עם חמרי ביצור ואספקה.
אחרי 24 שעות חזרו הבריטים והציעו להאריך את הפסקת האש, כנראה גם כן ביוזמת קאוקג'י שרצה להעביר חלק מכוחותיו לקרבות על הדרך לירושלים, שכן מבצע נחשון התחיל שם יום קודם לכן. אולם הפעם ההצעה לא התקבלה, שכן ההכנות להתקפת הנגד שתוכננה ליום המחרת היו כבר בעיצומן.
התקשורת הערבית מדווחת על ניצחון בקרב, 5–7 באפריל 1948.
בניגוד מוחלט למצב בשטח, הרי התקשורת הערבית דיווחה כי קאוקג'י כבש בהצלחה את משמר העמק כבר ב-4 באפריל, לאחר הפגזת הקיבוץ. למחרת, ב-5 באפריל כתב העיתון "ע-דפאע" שהופיע ביפו, מפי "סופר מיוחד שליווה את הצבא": "צבא עיראק בפיקוד קאוקג'י כבש את המושבה משמר העמק והניף עליה דגל ערבי". ב-6 באפריל התפרסם בעיתון "א-צריח" מאמר שגם לפיו כבשו את "המושבה", כלומר את קיבוץ משמר העמק, שאותו כינו בשמו של הכפר הערבי הסמוך, אבו שושה. המאמר פיאר בשפה נמלצת את הצלחתו של צבא ההצלה בפיקוד פאוזי קאוקג'י. וכך נכתב בו (בתרגום מערבית):