鑒于蘇軍裝甲車輛頻繁進(jìn)入珍寶島活動(dòng)，3月14日夜，中國(guó)邊防軍派出1個(gè)步兵班進(jìn)入珍寶島警戒，掩護(hù)工兵在烏蘇里江的江汊上埋設(shè)反坦克地雷。此時(shí)，蘇軍向邊界地區(qū)增加了一個(gè)摩托化步兵團(tuán)、一個(gè)坦克營(yíng)和4個(gè)大口徑火炮營(yíng)。3月15日凌晨4時(shí)，蘇軍6輛裝甲車乘著黑夜掩護(hù)30多名步兵登上珍寶島，潛伏在叢林里，準(zhǔn)備偷襲上島的中國(guó)巡邏隊(duì)。但是，蘇軍的舉動(dòng)被中國(guó)邊防部隊(duì)發(fā)覺(jué)，雙方隨即發(fā)生一場(chǎng)更為激烈的沖突。

上午7時(shí)40分，中國(guó)邊防軍兩支巡邏隊(duì)登上珍寶島。8時(shí)零2分，中國(guó)邊防巡邏隊(duì)與島上的蘇軍開(kāi)始交火。激戰(zhàn)一個(gè)多小時(shí)后，中國(guó)邊防軍擊毀蘇軍兩輛裝甲車，蘇軍撤回到蘇聯(lián)一側(cè)，第一次戰(zhàn)斗結(jié)束。9時(shí)46分，蘇軍出動(dòng)3架飛機(jī)向珍寶島俯沖過(guò)來(lái)。接著，蘇軍在岸上炮火掩護(hù)下，出動(dòng)坦克6輛、裝甲車5輛，分兩路向珍寶島上的中國(guó)軍隊(duì)展開(kāi)攻擊，同時(shí)以4輛坦克向珍寶島南側(cè)江汊運(yùn)動(dòng)，企圖從背后攻擊中國(guó)軍隊(duì)。中國(guó)邊防部隊(duì)在岸上火力支援下，頑強(qiáng)抵抗蘇軍的沖擊。這時(shí)，中國(guó)邊防軍無(wú)后座力炮班登上珍寶島后，立即架炮向蘇軍坦克射擊。然而，中國(guó)邊防軍使用的75毫米無(wú)后座力炮和40毫米火箭筒都是四十年代設(shè)計(jì)的，威力有限，只打掉了蘇軍兩輛裝甲車，擊毀一輛坦克。蘇軍坦克遭到打擊后隊(duì)形頓時(shí)混亂起來(lái)，1輛坦克闖入雷區(qū)被炸毀，其余坦克慌忙逃回蘇聯(lián)一側(cè)。

下午1時(shí)35分，蘇軍以大口徑火炮、坦克炮向珍寶島及江岸中國(guó)一側(cè)防御陣地、邊防站及后方橋梁猛烈轟擊，火力正面達(dá)10公里，縱深達(dá)7公里。在持續(xù)2小時(shí)的炮擊之后，15時(shí)13分，蘇軍又出動(dòng)10輛坦克、14輛裝甲車、100多名步兵向珍寶島發(fā)起第三次攻擊。島上的中國(guó)邊防部隊(duì)遵照毛澤東的教導(dǎo)，“敢把敵人放近打，三百米不打，二百米不打，八十米不打，七十米不打，放到五十米，突然開(kāi)火”，用無(wú)后座力炮、火箭筒在距蘇軍幾米、十幾米的地方開(kāi)火，多次打退了蘇軍的沖鋒。15時(shí)30分，岸上中國(guó)炮兵群也加入戰(zhàn)斗，以猛烈的火力集中轟擊，擊毀蘇軍1輛坦克，4輛裝甲車，擊傷兩輛，還打死了蘇軍邊防總隊(duì)長(zhǎng)列昂諾夫上校和一名中校。下午17時(shí)后，天色轉(zhuǎn)暗，蘇軍全部撤出珍寶島，第三次戰(zhàn)斗結(jié)束。①

從當(dāng)天的沖突來(lái)看，雙方都作了準(zhǔn)備。蘇軍于凌晨4時(shí)就在列昂諾夫的率領(lǐng)下悄悄地潛伏到島上，試圖給中國(guó)邊防軍以出其不意的打擊。沒(méi)成想，中國(guó)邊防軍比蘇軍準(zhǔn)備得更充分。于是，列昂諾夫請(qǐng)求增援。等上報(bào)到莫斯科時(shí)，國(guó)防部長(zhǎng)格列奇科還在印度，勃列日涅夫正在去匈牙利的路上，沒(méi)有人敢下令增援。直到下午，勃列日涅夫才得知消息，同意派兵增援。等援兵出動(dòng)時(shí)，珍寶島戰(zhàn)斗已經(jīng)結(jié)束，列昂諾夫也命歸西天。

在3月15日的沖突中，蘇軍共出動(dòng)50多輛坦克、裝甲車，向中國(guó)領(lǐng)土發(fā)射了1萬(wàn)多發(fā)炮彈，并出動(dòng)了36架次飛機(jī)。中國(guó)邊防軍只有步兵和部分炮兵、工兵，既無(wú)坦克、裝甲車，也沒(méi)有出動(dòng)空軍支援，在裝備和火力均不占優(yōu)勢(shì)的情況下，憑著頑強(qiáng)的戰(zhàn)斗精神，打退了蘇軍三次進(jìn)攻，擊毀2輛坦克、7輛裝甲車，打死蘇軍近60人，打傷80多人。中國(guó)邊防軍只犧牲12人，負(fù)傷27人。毛澤東后來(lái)評(píng)價(jià)說(shuō)，我們一沒(méi)有用飛機(jī)，二沒(méi)有用坦克、裝甲車，三沒(méi)有指揮車，打了9個(gè)小時(shí)，敵人三次沖鋒，都被我們打垮了。我們不是不要飛機(jī)、坦克、裝甲車，但主要靠勇敢。要破除迷信，這次珍寶島就破除了迷信。

當(dāng)天下午4時(shí)，中國(guó)外交部緊急約見(jiàn)蘇聯(lián)駐華大使館臨時(shí)代辦，但遭到蘇聯(lián)駐華大使館臨時(shí)代辦的拒絕。幾個(gè)小時(shí)后，蘇聯(lián)政府匆匆忙忙地發(fā)表了一個(gè)所謂的“抗議聲明”，一方面說(shuō)“正采取一切措施以避免沖突”，另一方面又說(shuō)珍寶島“是蘇聯(lián)領(lǐng)土不可分割的一部分”。為此，中國(guó)外交部向蘇聯(lián)駐華大使館提交了一份抗議照會(huì)，指出：3月15日凌晨，蘇聯(lián)政府出動(dòng)大批裝甲車、坦克和武裝部隊(duì)，又一次侵入中國(guó)領(lǐng)土珍寶島和該島西側(cè)的中國(guó)河道，首先向島上的中國(guó)邊防巡邏人員開(kāi)槍射擊。中國(guó)邊防部隊(duì)被迫進(jìn)行自衛(wèi)還擊。蘇聯(lián)方面不斷增加裝甲車、坦克和武裝部隊(duì)，并向中國(guó)境內(nèi)縱深開(kāi)炮，事態(tài)正在擴(kuò)大中。蘇聯(lián)政府在挑起了3月2日的嚴(yán)重流血事件之后，“不顧中國(guó)政府的多次警告，不斷派兵侵犯中國(guó)領(lǐng)土珍寶島，進(jìn)行武裝挑釁，現(xiàn)在又一手制造了新的流血事件。蘇聯(lián)政府必須對(duì)由此產(chǎn)生的一切嚴(yán)重后果承擔(dān)全部責(zé)任。中國(guó)政府向蘇聯(lián)政府提出緊急的、強(qiáng)烈的抗議，蘇聯(lián)政府必須立即停止對(duì)中國(guó)的武裝挑釁。中國(guó)政府保留進(jìn)一步提出要求的權(quán)利。”