眼见形势开始危急，若有李元昊旧事发生，大明西北将永无宁日，明宪宗朱见深开始放终极大招。
首先是问责，陕西巡抚陈介、宁远伯任寿、广义伯吴琮及一干人等被押解赴京，下狱。其次选将调兵，命有知兵之名的右副都御史项忠为总督，马文升为陕西巡抚协助，镇守陕西太监刘祥为监督，凉州副总兵刘玉为总兵，都督佥事夏正为左参将，都指挥刘清为右参将，监察御史邓本端为监军，兵部武选司郎中刘洪纪验功次，共率领京军神机营五千，甘、凉、延绥、宁夏、陕西官军共五万讨伐。
十月一日，明军各级官员、各路兵马齐聚固原，开始第四次围剿之路。
满四等人显然还抱有侥幸心理，请求明朝朝廷将石城划给他们，同时免罪免粮免差。满四等人如果知道，在150年后，面对后金野猪皮们的吊打，大明都不会和谈的真相，估计他会立刻远遁。这个真相是，大明，绝不妥协。
十月二日，总督项忠将兵马分成六路，项忠、马文升、刘祥、刘玉及巡按御史任佐、姜孟伦，右布政使余子俊，左参政庞胜为中军。延绥镇守太监秦纲、都御史王锐、参将胡恺、副使郑安驻扎酸枣沟，伏羌伯毛忠、镇守陕西都督白玉、御史邓本端驻扎木头沟，参将刘清、夏正、布政司右参议严宪驻扎打剌赤，宁夏副总兵林胜、参议崔忠驻扎红城子，陕西都指挥张英、巩昌府同知罗豫驻扎羊房堡。各路军务必安排探子（侦察兵）探明叛军动向及地形地貌，准确掌握各项情报，三日后一同发兵石城。
由于战前准备工作完善，明军再没有给叛军机会，顺利推进到石城城下。延绥军率先接敌，首战吃了一个小亏，战死二十余人。明军会师后开始进攻，驻扎在石城外的叛军无力抵抗，扔下财物阻敌，明军很愉快的中了计，让叛军顺利逃进石城。
伏羌伯毛忠乘机攻打西方向的山峰，山路险峻，毛忠亲自领兵在前，叛军顽强抵抗，鸟铳弓箭互相一阵乱射，一路铺满了双方士兵的尸体，掉落悬崖的也很多，然而就快要攻占山顶时，毛忠意外中箭而死，领兵将领一死，西边的明军纷纷溃败。
西边的叛军遂去支援东边，总兵刘玉中箭，明军抵抗不住，纷纷溃逃，总督项忠当机立断，立斩甘州千户丁某，放言溃逃者杀无赦，方才止住溃败之势，马文升乘机领兵稳住局势，初战失利，明军只好先采取围困战术。总督项忠召集一干人等商议对策，此时，石城无水源的致命弱点就显露在眼前了。最终商议的对策是，一边焚烧掉石城附近的草地，断掉敌人的马匹草料，一边用死人死马填塞城外的水源，安排伏兵突袭夜晚取水的叛军。
十月十八日，甘州都指挥刘晟率领三千兵马赶到，士气大振，便大举攻城。叛军惊恐之下，于是请求投降，要求与项忠、马文升相见。项忠率刘玉单骑前行，马文升率数十骑跟随在后。双方见面后，满四辩称因被刘清、冯杰逼迫造反，希望朝廷能宽恕，如免死并宽恕，就可以投降。项忠上前言道，刘清等人已经被押送至京了，你们如投降，一定会赦免你们的罪过。并招满璹近前搭话，了解满璹被挟持的状况后，乘机带满璹回营。满四显然洞察了明军的意图，那就是带头造反的根本不会饶恕，于是在山上设立木栅栏做抵抗的准备。
项忠等人担心作战时间再拖延下去后，一旦黄河封冻，满四很艰难会突围渡黄河投奔河套孛来等人，引发边疆不稳，而且士兵多发怨言，就加大攻城力度。项忠令兵士将木头做成桥，用土袋填平濠沟，铜炮、鸟铳不断击发，造成叛军伤亡惨重。
一天晚上，明军伏兵突袭了夜晚取水的叛军，活捉了满四的军师杨虎狸。项忠劝说杨虎狸投降，如果配合抓住满四，将赦免他的死罪，并有重赏，又当面出示了赏金，赐给他金带钩。杨虎狸显然深刻理解了大难临头各自飞的含义，并身体力行。杨返城后就劝说满四到东山进行督战，被做好准备的明军一拥而上捉住。
满四不愧是叛军的核心和灵魂，一旦被捉，在明军攻城不断的压力下，叛军一夜之间溃逃、四散而去。明军尽数发各营士兵进行追杀，擒获斩杀数千人，叛军遂平。十二月二日，项忠率诸营军马悉回固原，当即斩杀八百余叛军士兵，释放并安抚土达部其余部众。同时，将固原千户所升为固原卫，苗凤任卫指挥，项忠等遂押解满四及党羽中罪过较大的二百余人，班师回京。
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