Согласившись на перемирие, власти намеревались полностью окружить Уил, подтянуть части особого назначения (ЧОН), поставить заслон из бронепоездов на железной дороге Оренбург–Актюбинск–Эмба. Из Оренбурга и Актюбинска против повстанцев Серова выступили пехотный полк и отряд курсантов, которые расположились в селе Красный Яр.
17–27 февраля повстанцы Серова заняли поселок Бискудук — Илецкую Защиту — Уильское укрепление (район на северо-западе современного Казахстана), где провели мобилизацию. Серов устроил засаду и разбил актюбинский отряд, захватив многих красноармейцев в плен. Вскоре атаман сумел восстановить свою дивизию, доведя ее численность до полутора тысяч бойцов при восьми пулеметах. В огромном обозе из 250 подвод насчитывалось до 400 женщин и детей, с отрядом двигались три тысячи голов скота.
В начале марта дивизия повстанцев была окружена в районе Акбулака. Выдержав бои с советским кавалерийским полком, «летучим» отрядом ЧОН и отрядом милиции, Серов заметался по степи, уходя от преследования. Он пытался прорваться через линию железных дорог между Илецком и Актюбинском и уйти на земли уральского казачества. Но в районе предполагаемого прорыва курсировали четыре красных бронепоезда, кроме того, метель и обильные снегопады — «снега было по брюхо лошади» — затрудняли маневр как повстанцев, так и красных.
Повстанцы окружили поселок Илецк и предприняли шесть безуспешных попыток его штурма — бой длился 18 часов! В ходе боя Серов потерял 180 бойцов убитыми, пленными и ранеными. У Илецка на отряд Серова повел наступление сводный отряд курсантов Оренбургских кавалерийских курсов и пехотной школы. Курсанты, имея информацию о продвижении противника, заняли позиции у поселка Красноярский.
Благодаря сильному бурану, повстанцы смогли вырваться из засады, оторвались от преследователей на расстояние двух переходов и даже захватили обоз красных, а вместе с ним начальника особого отдела ЧК и трех уполномоченных, которые были немедленно расстреляны. Уходя от преследования, «дивизия» Серова разбилась на две группы, одна из которых захватила поселок Чилик и ввязалась в затяжные бои за Сухореченский. В окрестных поселках более 400 крестьян перешли к повстанцам, дивизия пополнилась 200 лошадьми и 80 верблюдами.
В новых боях у Илецка повстанцы потеряли убитыми, ранеными и пленными до 500 человек. Не имея боеприпасов, восставшие были вынуждены отходить или вступать в неравные сабельные бои. К концу марта 1922 года в дивизии Серова оставалось 300 сабель и 300 пехотинцев при восьми пулеметах.
Отягощенная обозами, дивизия могла только отступать через снежные заносы и уклоняться от боев. Серова преследовали эскадроны красных, не давая повстанцам времени ни для отдыха, ни для снабжения армии. Весь март 1922 года остатки дивизии, которая приняла новое название «Непобедимый атаманский полк», методично истреблялись частями Красной армии.
3 апреля при попытке перехода через полотно железной дороги повстанцы попали под артиллерийский и пулеметный огонь, потеряв около 500 человек убитыми и пленными, 300 подвод обоза, четыре пулемета, все запасы продовольствия и боеприпасов. Только 70 конным бойцам удалось вырваться из окружения. В середине апреля 1922 года Серов потерпел еще одно поражение, но атаман с горсткой бойцов бежал в степь.
Двадцать дней о Серове ничего не было слышно. Но неожиданно 7 мая 1922 года атаман обратился в комиссию по ликвидации банд Саратовского губотдела с письменным предложением прекратить сопротивление и добровольно сдаться по амнистии «вместе с бандами при условии освобождения пленных бандитов». Серов дал согласие участвовать в работах комиссии по ликвидации бандитизма на Урале, просил разрешить его повстанческой дивизии войти в Новоузенск, чтобы там запастись продовольствием и фуражем. Атаман предлагал гарнизону Новоузенска не вести военных действий по обороне города, а пропустить туда его отряд, гарантируя неприкосновенность гарнизона и местных органов власти. Переговоры начались 11 мая, но кончились ничем, в Новоузенск Серова не пропустили. Атаман понял, что попытка договориться закончится, скорее всего, полным уничтожением повстанцев и их семей, и потому предпочел не лезть в ловушку.