这时，日军加强了在华中的作战力量，兵力已达二十六万人，正面与新四军作战的有十一万日军和十五万伪军。
2月13日，李长江在泰州率部公开投降日本，新四军军部决定予以严惩。刘少奇指出：“此贼不除，后患无穷，望集全力迅速解决之。”陈毅赶到东台，和粟裕一起研究讨逆作战方案。
17日，新四军军长和政委签发《讨伐李逆长江命令》，任命粟裕为讨逆总指挥，叶飞为副总指挥，刘炎为政治委员。叶飞的第一旅为左路军，王必成的第二旅为中路军，陶勇的第三旅为右路军。第二天，新四军战史上著名的讨李战役拉开帷幕。
新四军第一师主力，沿海安到泰州的公路向西进攻。在取得姜堰和苏陈庄等战斗的胜利后，19日拂晓，三路大军向泰州推进，傍晚直逼泰州城下。顷刻间，枪声大作，火光冲天，泰州的夜空如同白昼。李长江惊魂四散，急令部队凭借工事拼死抵抗，等待日军增援。
第二天凌晨3点左右，王必成的中路军突破东门进入泰州城，陶勇的右路军从西门突入城内，锋芒直逼李长江的司令部。李长江见大势已去，急忙换上便衣，潜出城外，落荒而逃。拂晓，战斗结束。这一仗总共俘虏叛军官兵五千多人，迫使叛军两个支队战场起义。