Призывы Махина сначала организовать наступление на Вольск и Балаково — чтобы захватить новые территории, а следовательно, получить в свое распоряжение новых добровольцев и военные склады — и Саратов не встретили поддержки главного командования: ударные силы воевали под Казанью и Симбирском.
Впрочем, в середине августа Самарское правительство попыталось занять Николаевский уезд, чтобы создать общий фронт с уральскими казаками. Один из руководителей штаба Народной армии Комуча, Павел Петров, отдавал должное усилиям своего противника Чапаева: «Обстановка в районе Самары требовала большого внимания к Николаевской группе противника, которая все усиливалась и все время нажимала от Николаевска на Иващенковский завод (один из крупнейших заводов по производству взрывчатых веществ для снарядов. — П. А.). В конце июля наш заслон против этой группы находился в районе деревни Марьино, почти ежедневно ведя маневренные бои с весьма подвижным противником. Требовалось ликвидировать эту группу, так как она угрожала центру движения — Самаре. Все попытки этой ликвидации не удавались, так как противник ускользал от ударов, применяя партизанский образ действий, появляясь даже под Хвалынском против Махина. Для успеха необходимы были действия по обоим берегам Волги, причем по левому восточному по крайней мере двумя колоннами или же удар по центру красных — Саратову через Вольск». Под Николаевск перебросили дополнительные силы чехословацких войск. Вероятно, это было ошибкой Главного штаба Народной армии. Части корпуса действовали преимущественно по правилам «эшелонной войны», когда противник в случае неудачи быстро отходил к следующему узловому пункту или рассыпался по окрестной местности. Здесь же чехам пришлось воевать на обширном плацдарме, предполагающем возможность широкого маневра, глубоких охватов и окружения. Чехам противостояли отряды, имевшие серьезный опыт маневренных действий, с бесстрашным и знающим командиром во главе. Кроме того, под Николаевском чехам пришлось сражаться с людьми, которые защищали не абстрактные «оборонительные позиции», а родину: своих отцов и матерей, жен и детей, дома, где они родились, и землю, на которой трудились. Так что ожесточенное сопротивление было неизбежно.
Первоначально наступление противника развивалось успешно, так как значительная часть дивизии Николаевских полков сосредоточилась против уральцев. 11 августа командарм Ржевский доносил: «Противник повел фланговый обход справа против Николаевска, 10-го начал стягивать силы на правый фланг через р. Большой Иргиз и занял с. Камелик (к востоку от Николаевска). По донесениям, переправлено было около 900 человек, кроме того, тянулись громадный обоз и конные разъезды от Яблонного Гая на Журавлиху… Сегодня в 7 часов утра начался артиллерийский бой на правом берегу р. Иргиз с переправившимся противником между селами Камелик (к востоку от Николаевска) и ст. Порубежка».
Одновременно активизировалась и Хвалынская группа Народной армии, которой было поручено вести отвлекающие действия и не дать красным частям сконцентрировать все силы против Николаевской группы. Оправившийся от ран Федор Махин предложил 15 августа отложить операции против Балакова и Вольска до занятия района Николаевска.
С рассветом 17 августа уральские казаки перешли в наступление на полки Уральской дивизии. На следующий день чехи и части Народной армии перешли в наступление у деревни Марьевка и села Ивантеевка. Вскоре красные части, защищавшие Николаевск — 1-й и 3-й Николаевские полки, — вынуждены были отойти ближе к городу, к селам Порубежка и Большая Таволожка.
20 августа части Чехословацкого корпуса, которые назывались «Восточным» или «Николаевским» отрядом, перешли в наступление на город. Внезапность удара позволила чехам опрокинуть противостоящие красные полки и быстро занять город. «Бомбардировка города чехами началась неожиданно, — писали уездные «Известия» Николаевского уезда. — Первый снаряд разорвался во время заседания исполнительного комитета. Члены исполкома немедленно приступили к эвакуации ценностей. Во время вывоза последних члены исполкома были обстреляны белогвардейцами. Поэтому наши части были вынуждены очистить город и занять позиции за городом». С началом артобстрела в городе началось восстание антисоветски настроенной части населения. По красноармейцам и советским работникам, пытавшимся эвакуировать имущество и документы, стреляли с крыш и чердаков домов и складов. Роты 3-го Николаевского полка, непосредственно прикрывавшие город, вынуждены были оставить его и отойти на юг.