Как оказалось, красные фуражиры заметили разъезды, но Чапаев не придал этому большого значения. Он и дивизионный комиссар Батурин лишь посмеялись над тем, что «в степи ездят». По данным красной разведки, в рядах белых оставалось все меньше бойцов, которые все дальше отходили к Каспию. Естественно, они и поверить не могли, что белые отважатся на такой смелый до дерзости рейд и смогут незамеченными проскочить плотные ряды красных войск. Даже когда доложили о том, что было произведено нападение на обоз, Чапаев не увидел в этом опасности. Он посчитал, что это были действия забредшего далеко от своих разъезда. По его приказу 4 сентября 1919 г. разведчики — конные разъезды и два аэроплана — совершали поисковые действия, но ничего подозрительного не обнаружили. Расчёт белогвардейских военачальников оказался верным: никому из красных и в голову не могло прийти, что белый отряд расположился у самого Лбищенска, под носом у большевиков! С другой стороны, это показывает не только мудрость командиров спецотряда, выбравших для стоянки столь удачное место, но и халатное исполнение своих обязанностей красной разведкой: трудно поверить, чтобы конные разведчики не встретили казаков, а лётчики не смогли заметить их с высоты!
При обсуждении плана взятия Лбищенска Чапаева решено было взять живым, для чего был выделен специальный взвод подхорунжего Белоножкина. Этому взводу ставилась сложная и опасная задача: идти в атаку на Лбищенск в 1-й цепи, при занятии его окраины он должен был, не обращая ни на что внимания, вместе с вызвавшимся показать квартиру Чапаева красноармейцем броситься туда и схватить красного комдива. Есаулом Фаддеевым предлагался более рискованный, но верный план поимки Чапаева: спецвзвод должен был идти конным и, быстро пронесшись по улицам Лбищенска, спешиться у дома Чапаева, оцепить его и взять начдива спящим. План этот был отвергнут из-за опасения, что большая часть людей и конского состава взвода может погибнуть.
В 10 часов вечера 4 сентября 1919 г. спецотряд отправился к Лбищенску. Перед выходом полковник Сладков обратился с напутственным словом к бойцам, прося их быть в бою вместе, при взятии станицы не увлекаться сбором трофеев и не разбредаться, так как это могло привести к срыву операции. Напомнил он и то, что в Лби-щенске находится злейший враг уральского казачества — Чапаев, беспощадно уничтожавший пленных, что дважды он ускользал из их рук — в октябре 1918 г. и в апреле 1919 г., но на третий раз он должен быть ликвидирован. После этого прочли общую молитву и двинулись. Подошли на 3 версты к станице и залегли, дожидаясь рассвета. По плану взятия Лбищенска, солдаты Познякова атаковали середину станицы, которая протянулась вдоль Урала, большая часть казаков должна была действовать на флангах, 300 казаков оставалось в резерве. Перед началом атаки участникам штурма раздали гранаты, командиры сотен получили приказания: по занятии окраины Лбищенска собрать сотни повзводно, каждому взводу поручив очистку одной из сторон улицы, имея при себе небольшой резерв на случай неожиданных контратак.
Враг ничего не подозревал, в станице было тихо, только лаяла собака.
В 3 часа утра, еще во мгле, цепи белых двинулись вперёд. Вышедшими вперёд разведчиками были захвачены красные караулы. Без единого выстрела была занята окраина станицы, отряд начал втягиваться в улицы. В этот момент раздался винтовочный залп в воздух — это стрелял караул красных, находившийся на мельнице и заметивший с нее продвижение белых. Он сразу разбежался. Началась «зачистка» Лбищенска. По словам участника боя есаула Фаддеева, «двор за двором, дом за домом «очищали» взводы, сдававшихся мирно отправляли в резерв. Сопротивляющихся ожидала участь быть разорванным бомбой или разрубленным шашкой». В окна домов, откуда по белогвардейцам открывался огонь, летели гранаты, но большинство красных, застигнутых врасплох, сдавались без сопротивления. В одном доме были захвачены шестеро полковых комиссаров. Участник боя Погодаев так описал захват шестерых комиссаров: «...у одного прыгает челюсть. Они бледны. Спокойнее держат себя двое русских. Но и у них застыла обреченность в глазах. Они с испугом смотрят на Бородина. Их дрожащие руки тянутся к козырькам. Отдают честь. Это получается нелепо. На фуражках — красные звезды с серпом и молотом, на шинелях нет погон».
Пленных было так много, что сначала их расстреливали, боясь восстания с их стороны. Потом их стали сгонять в одну толпу.
Бойцы спецотряда, охватив станицу, постепенно сходились к ее центру. Среди красных началась дикая паника, в одном нижнем белье они выскакивали через окна на улицу и метались в разные стороны, не понимая, куда надо бежать, так как выстрелы и шум слышались со всех сторон. Те, кто успел схватить оружие, беспорядочно стреляли в разные стороны, но вреда от такой стрельбы для белых было немного — в основном страдали от нее сами красноармейцы.