独立团占领汀泗桥镇东北的古塘角后，见汀泗桥溃退之吴军向咸宁方向蜂拥逃窜，当即下令追击。追击途中，叶挺接到师长张发奎派骑兵通信员送来一封加急信，要独立团追击不得超过15里。

此刻吴军已是风声鹤唳，狼狈不堪。沿途都有掉队的伤兵和丢弃的枪支及军用品、文件等物。独立团仅7个战士就俘虏吴军100余名带枪的士兵。叶挺据此判断，前方吴军不可能设有埋伏，况且战场形势瞬息万变，战机稍纵即逝，决定不顾命令，继续追击北逃之吴军。担任先锋的第二营到达咸宁城西南凤凰山戴家岭时，只见戴家岭至县城之间的平畈洪水泛滥，一片汪洋，只有高于平畈的铁路未被洪水淹没，只得停下待命。第二营营长许继慎向叶挺报告:“咸宁城敌人甚为混乱，请派机枪连掩护职营冲过去。”

叶挺赶到前线，见浑浊水面中唯铁路可直达城内，咸宁县城南、西北端的小金山、大金山虽有为数不多的吴军抢挖战壕，但场面十分混乱无序，估计是刚从汀泗桥败退下来的队伍。叶挺考虑到吴军会很快挖好战壕，贺胜桥方面援军也即将到达，时不我待，必须速战速决。他当即下令由特别大队和机枪连在铁路两侧布防，第二营担负主攻任务，自己则率第一、第三营跟进。第二营接受主攻任务后，立即进行战前动员，要求全营共产党员，共青团员务必冲锋在前，誓死完成任务。

随着一声进攻令下，担负掩护任务的6挺重机枪及轻机枪一齐开火。第二营战士冒着弹雨，前仆后继，冲过铁路桥，占领桥北吴军阵地。叶挺则率第一、第三营，冲过铁路桥，向东南、西南方向全线出击。在独立团猛烈攻势下，吴军溃不成军，向贺胜桥方向逃窜。

8月27日上午11时，独立团占领咸宁城。12时攻下城东山上吴军阵地，俘获吴军官兵数百人。当叶挺进入吴军司令部时，电话铃正响，他拿起电话筒一听，电话是贺胜桥方面吴军打来的。电话说吴佩孚已抵达贺胜桥，援军很快到达，并询问汀泗桥战况。叶挺扔下话筒，下令独立团立即在城东北山地布防，准备迎击吴佩孚援军。同时将咸宁战况及布署报告张发奎，请张速调部队来咸宁增援协防。张发奎想不到独立团如此神速，立即派第三十五团火速奔赴咸宁增援，自己带其余部队随后跟进。这时贺胜桥方面的吴军增援部队已在吴佩孚严令下乘火车抵达距咸宁城仅6公里的官埠桥，得知咸宁城失守后，当即开倒车退回贺胜桥。

叶挺独立团抓住稍纵即逝的战机，攻取咸宁县城，使北伐军和咸宁县城的人民避免了损失和牺牲;为国民革命军夺取了一个很好的前哨阵地和集结地，有效阻止了吴佩孚的反扑，为国民革命军争取了宝贵的休整和组织贺胜桥战役的时间，咸宁县城是位于汀泗桥与贺胜桥之间最好的防守阵地，由于县城被独立团攻下，迫使吴佩孚不得不在一个地理条件相对较为不利的贺胜桥与国民革命军进行一场决战。第四军全部抵达咸宁城后，陈可钰称赞叶挺“具有军事天才，能见机进取”。时任独立团参谋长周士第后来回忆说:“咸宁城自古以来就为军事重镇，时适涨水，形势险要，类似汀泗桥。如果独立团依照张发奎的来信停止追击，让吴佩孚援军到达咸宁扼守，将给我们增加很大困难。