日乘舰返回台湾。齐鸿章上任伊始，开始紧锣密鼓做战前准备。万山群岛有大小岛屿48个，3000人马分驻几十座岛屿显得兵单将寡，力不从心，尤其令齐鸿章头痛的是各部均为漏网之鱼，惊魂未定，士气低落，且建制不一，难成体系，不便统一指挥。
岛上守军终日望洋兴叹，深感前途渺茫。他们从大陆逃到海南岛，旋又逃到这么小的孤岛上，处境越来越糟。思大陆，怀故人，念前途之多艰，官兵们不由得以泪洗面黯然神伤。
中央军委和四野首长为解除蒋军对华南的海上封锁，决定趁敌立足未稳迅速发起万山群岛战役。第15兵团副司令员兼广东军区江防司令员洪学智为战役指挥员，统一指挥第131师（欠1个团）、广东军区江防部队、珠江军分区炮兵团、第139师炮兵营、中南军区炮兵100毫米加农炮连、第50军无后坐力炮连、第130师步炮连等部，共1万余人参战。
陆军部队于5月8日在广东中山县沿海集结完毕，江防部队的舰艇于5月23日驶抵战役发起地唐家湾。为协调陆、海军作战，洪学智决定成立“陆海联合指挥所”作为前指，令第131师师长刘永源为总指挥，成员有第131师副师长邵震、参谋长张怀礼、政治部主任李长如和海军广东江防部队副政委黄乐萍、参谋长李怀章、政治部主任邓楚伯。
江防部队有16艘舰艇，其中炮艇5艘、登陆艇9艘、登陆舰2艘，另有运输船8艘。358吨的登陆舰“桂山”号为旗舰，另一艘登陆舰“国楚”号舰龄达30余年，其余均为百吨以下的小艇，且大部为木壳。
虽然海军实力远远不及对手，毕竟是我军历史上第一次陆、海军协同作战，比起步兵操纵木帆船打军舰大大进了一步。广大指战员在海南岛战役胜利的鼓舞下，士气高昂，决心迅速发起战役，“拿下万山群岛，占领南大门，解放整个华南！”
四野战史上的最后一个战役于1950年5月25日拉开序幕。深夜2时，唐家湾港内舰船悄然起航，在夜色的掩护下奔袭万山群岛。作战意图为攻占垃圾尾、牛头、三角山、青州等岛。为了隐蔽接敌，各舰船规定时速为8海里，关闭灯光和报话机。由于夜暗和各船性能不一、驾驶技术参差不齐，在航渡中各舰船互相失去联系，最终演变为各自为战。
凌晨4时，28吨的小炮艇“解放”号驶抵垃圾尾，海防队副队长林文虎发现庙湾港内泊着20余艘敌舰，当即下令杀入敌群。“解放”号突然开火，首先击中“中海”号运输舰，随后又击中2艘炮舰。敌舰队遭到突然袭击。顿时大乱，纷纷起锚向外海逃窜，有的来不及起锚就砍断锚链外逃。
林文虎指挥“解放”号猛打猛冲，艇长梁魁庭是起义人员，他一眼就认出了“太和”号指挥台上的齐鸿章，对林文虎说：“那就是敌人的旗舰，指挥台上指手画脚的那个大个子就是舰队司令齐鸿章。”
林文虎令机关炮瞄准射击，一条火龙直奔“太和”号，高高的指挥塔顿时烈焰腾空。齐鸿章身负重伤倒在血泊中。敌舰队失去指挥，胡乱开火，海军陆战队也盲目向海上射击。港湾内炮声隆隆，敌舰混战一团。
海防队长郭庆隆指挥“桂山”号冲入庙湾，在近距离向敌舰开火。在黎明前的黑暗中，敌人不知虚实，有一艘中弹起火的炮舰居然升起白旗要求投降。
战至天亮，敌舰发现与他们交战的竟是如此不起眼的“两个小家伙”，气得七窍生烟，开始疯狂反扑。
“桂山”号饱受冰雹般猛然砸下的炮弹，舰体弹痕累累，机舱中弹起火，熊熊烈火烤得舰上人员透不过气来。张庆隆下令抢滩登陆，50多名战士向岛上守敌发起攻击，终因寡不敌众，大部壮烈牺牲。
“解放”号在弹雨的袭击下，2门主炮先后发生故障，林文虎壮烈牺牲。梁魁庭指挥失去火力的“解放”号拼死突围，返回唐家湾时，全艇19人已伤亡13人，艇体中弹八九十处。
两艘敌舰逃出庙湾锚地后，与我“先锋”号、“奋斗”号相遇。“先锋”号逼近敌25号舰，在距离30米处开火，机枪、冲锋枪、手榴弹都用上了。双方差点儿迎头相撞，兰善禄和孙久禄乘机跳上敌舰，端着冲锋枪一阵扫射，最后俘虏7人，将25号舰俘获了。
木壳艇俘虏了铁甲舰，创造了海战史上的奇迹。有一个俘虏很不服气地说：“你们共军打仗太外行，海战历来是舰对舰，炮对炮，哪有扔手榴弹跳到人家舰上拼刺刀的？”
“奋斗”号与“先锋”号合力，又将敌26号舰击沉。
与此同时，登陆艇编队输送步兵攻占了青洲和三角山岛，并在岛上架起山炮用火力控制了附近海域。
第3舰队在当日海战中被击沉3艘、击伤5艘，海军陆战队亦在与抢滩登陆的解放军血战中伤亡近200人。身负重伤的齐鸿章下令撤离垃圾尾。
登陆部队相继占领牛头、中心洲、垃圾尾等岛。
随后，解放军采取“依岛攻岛”的战术，于6月5日占领大、小万山岛。此时，蒋介石令海军参谋长马壮谋率第