День был на исходе, но, несмотря на сильную усталость бойцов, Чапаев приказал идти на Николаевск. Поздно ночью полки достигли Пузанихи. До Николаевска оставалось 8 верст. Чтобы избежать ночного боя за город, командирам полков пришлось долго упрашивать Чапаева остановиться. Наконец тот согласился, с жестким требованием, что с восходом солнца город должен быть взят. Полки двинулись на исходные положения для наступления: 1-й полк пошел левее, 2-й — правее дороги, ведущей в Николаевск.
Утомленные бойцы заснули, как только полки остановились. Часа в 2 ночи со стороны Николаевска подошли подводы с людьми — их было человек семьдесят. Были они вооружены, на рукавах имели белые повязки. Прибывшие, приняв красных бойцов за белогвардейское охранение, объяснили, что они — мобилизованные офицеры, едут из Николаевска в Самару в распоряжение командования «народной армии». Окруженные ротой сторожевого охранения, они были обезоружены без выстрела.
Еще не умолкли разговоры о происшедшем, как с севера, со стороны Самары, подошла колонна подвод. Она была остановлена невдалеке от огневых позиций артиллерии. К первой повозке подошел командир роты охранения И. К. Бубенец вместе с начальником пеших разведчиков Д. А. Папоновым. На вопрос Бубенца «Кто идет?» ответили сонным голосом, сильно коверкая русские слова, что едет полковник с полком в Николаевск. Находчивый Бубенец, щелкнув каблуками, взял руку под козырек и ответил, что пошлет доложить своему полковнику — командиру добровольческого отряда о прибытии союзников. Сообщение Бубенца подняло всех на ноги. Прибежавшему от него Папонову было приказано возвратиться к Бубенцу и приложить все усилия для того, чтобы занять чехов разговорами. Разбуженным и настороженным людям необходимые распоряжения отдавались шепотом. Артиллерийские батареи были повернуты на колонну. Два батальона неслышно подведены к колонне до 200 метров для первой неожиданной атаки. Кавалерийский эскадрон направился в хвост колонны. Прошли 20–30 минут спешной подготовки частей и мучительного ожидания Бубенца.
Вновь прибежавший от Бубенца Папонов сообщил, что больше нет никакой возможности, чешский полковник ругается и не хочет ждать. Медлить дальше было нельзя. Грянул условный выстрел. Батальоны сделали пару залпов, цепи и кавэскадрон бросились в атаку на колонну. Дальше все смешалось, невозможно было что-либо разобрать. Только в предрассветных сумерках стала различаться картина побоища. Жители Пузанихи потом не один день убирали трупы. На месте боя противником было брошено все, в том числе пулеметы, и чапаевская бригада ими порядочно обогатилась. С рассветом полки двинулись на Николаевск. В городе уже была тревога, вызванная ночным боем у Пузанихи. С восходом солнца, когда полки бригады подошли к северной окраине города, основные силы противника бежали в северо-западном направлении, к своим союзникам. Уничтожением колонны, захваченной в пути, был завершен разгром противника под Николаевском. Утром 21 августа 1918 года после короткого боя Николаевск был освобожден.
Разгромом чехословаков под Николаевском бригада не только освободила город — базу чапаевских полков, не дав врагу хозяйничать в нем и суток, но и облегчила обстановку в Заволжье. Узнав о поражении белочехов в Николаевске, группа частей Самарской учредилки оставила Балаково.
В боях под Николаевском Василий Иванович Чапаев еще раз проявил умение в тяжелых условиях дать правильную оценку обстановки, показал высокие образцы военного искусства. Действуя самостоятельно, он наметил смелый план разгрома противника и освобождения Николаевска в самый, казалось, неподходящий момент — в момент поражения и растерянности. В обстановке временных побед белочехов этот план многим казался невыполнимым.
Замечательное по замыслу решение В. И. Чапаев блестяще и с поразительной быстротой осуществил. Отыскав единственно правильный путь к победе, он успешно провел боевые части по этому пути. Собрал разбросанные на десятки километров полки бригады и нанес ими противнику внезапный удар в самое уязвимое место, с тыла. Эту операцию Чапаев выполнил, находясь в самом невыгодном положении, лишь двумя полками, за короткий срок — в течение суток. В тяжелый момент он взял на себя всю ответственность за предпринятый им маневр, проявив при этом непреклонную волю, неутомимую энергию и непоколебимую веру в победу.