Tính đến ngày 14 tháng 2 năm 1947, ranh giới giữa ta và địch ở khu chợ Đồng Xuân trải dài từ phố Thuốc Bắc qua Lò Rèn, Hàng Rơi, Cống Chéo, Hàng Lược, Hàng Khoai, ngã ba Nguyễn Thiếp, Nguyễn Thiện Thuật, Cao Thắng, ngõ Tư Đường đến Ô Quan Chưởng, Phía Nam là khu vực do Tiểu đoàn 102 và Tiểu đoàn 103 phụ trách. Chợ ở vị trí án ngữ phần còn lại phía bắc Liên khu 1, nên địch chỉ có thể vào được khi chiếm được khu này.
Sau khi đánh chiếm nhà Xôva và Hàng Thiếc không thành công, địch chuyển hướng sang tiến công khu Đồng Xuân để từ đó đánh chiếm Sở Chỉ huy Liên khu 1 và đánh thốc xuống hòng chia cắt Liên khu. Trong các ngày 11, 12 và 13 tháng 2, các trận địa pháo cối của địch thi nhau nhà đạn vào Liên khu 1, tập trung bắn phá ác liệt khu Đồng Xuân. Bộ binh địch đánh chiếm nhà Hoa Nam, một nhà cao ở phố Hàng Giấy, chiếm ngã ba Nguyễn Thiếp - Hàng Khoai, Hàng Đậu và đầu các phố Hàng Giấy, Hàng Cót.
Trước tình hình địch quyết đánh chiếm thành phố, ta đã đưa một số lượng lớn Vệ quốc đoàn, tự vệ và nhân dân rút ra ngoài trong các đợt tản cư trước. Những người còn lại chủ yếu là lực lượng chiến đấu. Nhiệm vụ phục kích tại khu Đồng Xuân được giao cho Tiểu đoàn 101, với quân số chiến đấu gồm 110 người, biên chế thành bốn trung đội. Vũ khí có 3 khẩu trung liên, 15 khẩu tiểu liên, 11 súng ngắn, 60 súng trường ngoài ra còn có lựu đạn, dao găm, mã tấu, chai xăng crếp, chai vôi với bột trộn sỏi.
Ta phán đoán hướng tiền công chủ yếu của địch là hướng đông bắc tức Hàng Khoai, sân Lơ Pagio, mà mục tiêu chủ yếu trước hết là chợ Đồng Xuân. Do vậy, nhiệm vụ của Tiểu đoàn 101 là kiên quyết chặn dịch từng bước, tiêu hao sinh lực, làm thất bại ý định của chúng hòng tiêu diệt trung tâm chỉ huy Liên khu 1 của ta.
Sau khi nghiên cứu kỹ địa hình, ta đã dựng gặp một điểm tựa được bố trí thành nhiều tuyến đề kháng. Tuyển 1 có năm 5 ụ súng ở góc chợ kiểm soát ngã ba Hàng Giấy, Hàng Khoai, Tuyến 2 trong chợ ta dùng sọt, thùng gỗ, thúng mủng đổ đầy đất, cát tạo thành một hào giao thông nổi nối các ụ súng với nhau, kéo về đến trung tâm phòng ngự ở quầy hàng thịt. Tuyến 3 là hai dãy nhà giữ xe đạp và nhà số 1 phố Đồng Xuân.
Trung đội thứ nhất được trang bị một khẩu trung liên, gồm một tiểu đội giữ trong chợ, một tiểu đội giữ bãi Lơ Pagiơ và đường từ cho sang chùa Huyền Thiên, một tiểu đội ở Trường trung học Hoa kiểu chặn địch phía bãi Lơ Pagiơ. Trung đội thứ hai được trang bị một khẩu trung liên Mỹ, gồm một tiểu đội bố trí ở ngõ Tư Đường nối sang phố Thanh Hà; hai tiểu đội ở Hàng Chiếu chặn địch từ Thanh Hà, Nguyễn Thiện Thuật hoặc từ Ô Quan Chưởng đánh vào phía sau quân ta. Trung đội thứ ba được Trang bị một khẩu trung liên Pháp bố trí bên số chẵn phố Đồng Xuân, một đoạn Hàng Lược, Hàng Khoai chặn địch từ Cống Chéo, Hàng Lược và Hàng Giấy đánh vào. Trung đội thứ tư khu phía Hàng Mã, Hàng Đồng.
Sáng sớm ngày 14 tháng 2 năm 1947, thám báo địch đột nhập bất ngờ vào các vị trí tiền tiêu của ta ở Hàng Giấy và chùa Huyền Thiên. Ta đánh trả, nhưng không giữ được buộc phải lui quần. Địch đặt trung liên trên gác chùa. Một tốp dịch khác bí mật đột nhập vào chợ. Ta nổ súng diệt được ba tên, buộc địch phải bỏ chạy. Lúc 5 giờ, địch cho máy bay đến ném bom, đồng thời cho pháo binh của thủy đội trên sông Hồng và pháo cối ở các nơi bắn ác liệt.
Vị trí chỉ huy của Tiểu đoàn 101 bị đạn cối 81 của địch bắn trúng, một số cán bộ và chiến sĩ bị thương. Khoảng 1 giờ sau, từ phía nhà Lục Lộ đầu phố Hàng Khoại, bốn xe tăng địch húc đổ cửa sắt rồi cùng bộ binh tiến vào bãi Lơ Pagiơ, song bị khẩu trung liên của ta tiêu diệt nhiều tên, khiến địch chùn lại. Phía ngõ Tư Đường, bộ binh địch có xe tăng dẫn đầu chiếm được góc phố Cao Thắng - Trần Nhật Duật, ta tiêu diệt 10 tên nên chúng bị rối loạn đội hình.
Tại Ô Quan Chưởng quân địch không tiến lên được vì vướng các baricát khá vững chắc. Phía trước chợ, xe tăng và bộ binh địch bị ta dùng hỏa lực chặn ở ngã ba Đồng Xuân - Hàng Khoai và tiêu diệt nhiều tên. Trên hướng phố Hàng Đồng - Hàng Rơi, địch cho xe thiết giáp chở lính tiến ra phố Hàng Gà, nhưng không vào sân chợ mà chỉ gầm rú để đe dọa và nghi binh. Đến 8 giờ, các mũi tiến công của địch dừng lại rồi rút ra.
