川軍雖然擊退了藏軍對川邊的第二次進攻，但鄉城一帶仍為藏軍所控制。尹昌衡決定繼續從省城抽調部隊，厚集兵力，乘勝向鄉城發動進攻。這是一次歷時較長，並對穩定川邊局勢具有重要意義的作戰。
一、川軍的作戰部署
鄉城地處巴塘、理塘之南，靠近雲南邊境，周圍皆山，城西有桑披嶺為天然屏障，城東的無即河水流湍急，不便舟楫航行。此外，馬鞍山、冷龍灣、阿都、下窪、門坎山、八格等處，均為險要之地，亦為進攻鄉城必由之路，雖山道崎嶇，但能通行馱馬。鄉城駐有藏軍三四千人，主要是步騎兵，還有少量炮兵。武器有日式速射山炮、德式管退炮各一門，另有五子、九子、十二子等雜式快槍（平均二三人有一支），其餘均為土槍、土炮和刀矛。
1913年4月2日，孫紹騫在理塘接替嵇廉為攻鄉總指揮。4日，由省城派出的第四師參謀長劉成勳率混成支隊到達理塘。於是，確定了進攻鄉城的部署：劉成勳率混成支隊步兵三個營、炮兵二個連、機關鎗一個排為左路，由理塘經稻城向鄉城進攻；孫紹騫率步兵一營和朱森林、周尚赤的兩個步兵營及炮隊、衛生隊等為右路，由喇嘛椏（丫）經火珠鄉向鄉城進攻。
二、右路軍攻佔冷龍灣
在右路軍發起進攻之前，盤踞鄉城的藏軍一部突然圍攻靠近喇嘛椏的東龔。川軍支隊長周尚赤率部反擊，將藏軍擊退，並奪獲日式速射炮一門，其它軍械數十件。右路軍首戰告捷，士氣高漲。孫紹騫決定每兵暫發糌粑兩碗，於5月15日分三路發起進攻。16日，一舉攻克下窪、阿都，17日又克火珠鄉的山根子。因部隊缺糧，遂暫駐火珠鄉。該處喇嘛寺之堪布羅松成獻出雜糧千包，以濟軍食，於是士氣復振。5月23日，朱森林率隊由山根子向馬鞍山進攻。馬鞍山路隘林密，藏軍憑險堅守。朱部與之激戰一日，未能攻克。孫紹騫令周尚赤等率部往援，合力進攻，始將馬鞍山佔領。藏軍退守冷龍灣的碉房、堅卡１，進行防禦。川軍進攻數日，終不能克。當時部隊缺糧缺水，士氣頗受影響。6月3日，孫紹騫親自到達前線，安定軍心。6月25日，川軍再次發起進攻，將藏軍擊退，先後攻佔了冷龍灣和門坎山。
三、左路軍進佔稻城
4月25日，左路軍進至拉波，偵知藏軍在夕波築有堅卡十餘處、碉房數十座，外有散兵壕和深溝。27日夜，劉成勳密令三營營長張建勳率所部及炮兵第二連，參謀賴心輝率預備營一、四連和機槍排，分道潛占各要隘。28日上午8時發起進攻，先用炮火猛烈轟擊，繼以步兵第九連由界牌山腰向夕波正面，第一、十一連從左右兩翼同時進攻。戰至下午4時，川軍連克十餘座碉房，迫使藏軍向稻城方向退走。夕波告捷後，附近的藏軍相繼投誠。5月3日，攻鄉左路川軍收復大橋，8日進佔色母，逼近稻城。
稻城附近群山環繞，中為平坦壩地，築有碉房數十座，堅卡十餘處。藏軍分佔東西兩側高山及壩內碉房。劉成勳命預備營營長張英率步兵一個營、炮兵一個連為第一隊，進攻右側高山，命三營營長張建勳率步兵一個營、炮兵一個連為第二隊，進攻左側高山；命參謀賴心輝率步兵一個營、機槍兵一個排為第三隊，防守各隘口，相機應援。
5月10日晨6時，川軍開始進攻。由於第一隊需通過開闊的低窪地，張英派出敢死隊冒敵炮火匍匐前進，接近山邊，經四小時激戰，奪取山頂堅卡四座，進至距藏軍主陣地五六百米處。張英一面命炮兵向藏軍主陣地射擊，一面要求第三隊派出機槍一挺抄襲藏軍退路。炮兵連續發射炮彈四十餘發，擊毀碉房十餘座，爾後轉移火力向稻城城內集中射擊。與此同時，張建勳所率之第二隊與藏軍步騎兵千餘人接戰，至上午10時，奪得堅卡六七座，並以一個連迂迴藏軍右翼，粉碎了藏軍從左翼抄襲的企圖。下午3時，一、二隊分別向當面之藏軍發起總攻。稻城及壩內之藏軍動搖，紛紛逃竄。川軍攻佔稻城後，立即乘勝追擊，於16日克桑堆。藏軍向鄉城退卻。
四、會攻鄉城
稻城戰後，劉成勳於5月27日率部隊主力繞道進攻中鄉城２，在簇東高地擊退藏軍的攔阻，進入八格村南的狹谷，遭到谷底和山頂藏軍三千人的襲擊。張建勳督率前衛營各隊迅速奪佔了谷底的一座堅卡作掩護。劉成勳見前衛營受阻，立即命賴心輝率兵向左面山頂迂迴，連長李邦君、蕭子英率兵向右面山頂攻擊，張英督隊策應。入夜，藏軍敗退。劉成勳乘機率隊追擊二十餘里，始出谷口，並乘勢攻取了八格村及上鄉城各要隘。藏軍焚燬橋樑，退守對河貢撒、俄雜及業窪等地，憑險頑抗。5月29日，劉成勳部因無造筏架橋器材，遂挑選士兵數百人，從上下游泅渡，分左右兩翼實施強攻，並在對岸用火炮、機槍火力予以支援。部隊渡江後，攻佔貢撒、俄雜，河左部隊則直逼業窪。業窪距定鄉城二十餘里，叢林茂密，堅卡重重。6月3日，劉成勳令張英趁夜暗濃霧，率隊進抵業窪左側高山及右側河岸一帶，佔領了進攻出發陣地，於拂曉發起進攻。藏軍依托碉房、堅卡頑強抵抗。張英見正面攻擊無效，便命步兵兩個連從左側高山密林中抄襲藏軍後路，炮隊從正面猛擊碉房。藏軍不支，退向桑披嶺。
左路軍經過連續作戰，前方兵力已不足兩營。劉成勳遂致電尹昌衡，請求派兵一營，接替後方防務。6月19日起，劉成勳集中所部兵力，經三晝夜激戰，攻克藏軍屯糧要地羅拉寺。23日，又攻佔雨窪。藏軍退至定鄉城外之最後一道防線泥四頂。至此，川軍左右兩路軍從冷龍灣、雨窪對鄉城形成了鉗形攻勢。泥四頂兩側高山聳立，森林茂密。藏軍以少數兵力配置於正面，主力隱蔽集結於左山，企圖側擊從正面進攻之川軍。張建勳偵知藏軍部署後，命一部兵力從正面佯攻，主力從左側迂迴進攻。經一日激戰，連奪堅卡十餘座，迫使藏軍退向定鄉。川軍緊追不捨，搶佔通往定鄉的大橋，為攻城作戰創造了有利條件。
6月25日黎明，孫紹騫所率之右路軍在攻佔冷龍灣、門坎山之後，即從右翼向定鄉進攻，劉成勳所率之左路軍從泥四頂協同進攻。經五小時激戰，藏軍動搖，向下鄉城方向撤退。下午3時，孫、劉兩路軍攻佔定鄉。
不久，江西、江蘇等省爆發了由孫中山等領導的討袁戰爭，四川的熊克武亦舉兵響應，劉成勳支隊奉調返回成都。西藏少數親英分子又乘機唆使和支持各地暴亂，川邊形勢再度吃緊。孫紹騫為了應付危局，一面令各營分扎各要地，以保糧道，一面對下鄉城一帶的藏軍進行招撫。由於親英分子的阻撓和破壞，招撫工作未見成效。10月31日，藏軍數千人分三股圍攻定鄉。孫紹騫率部堅守二十餘日，在得到運糧隊的增援後，實施反擊，才得以解圍。
1914年初，川軍先後收復了下鄉城、丹巴及三十九族地區３，從而穩定了川邊局勢。