На рассвете, в 4—5 часов утра, 23 мая со стороны хутора Жиркова (в 2—3 км севернее ст. Суровикино) и хутора Рудакова из-за р. Чир, южнее Суровикино, послышалась сначала редкая, а затем все усиливающаяся винтовочная и пулеметная стрельба. Находившиеся в санитарном поезде раненые и больные красноармейцы, услышав выстрелы, сильно забеспокоились. Некоторые больные и раненые, способные передвигаться самостоятельно, начали вылезать на площадки вагонов.
Было видно, как с северо-востока от хутора Жиркова и с юга от хутора Рудакова наступали белые казаки. Как удалось установить теперь, на Суровикино наступали из Нижне-Чирской 40-й Есауловский и 41-й Суворовский полки и три полка конной бригады Попова. Пехотные полки у хутора Свиридова перешли железную дорогу и наступали к северу от нее вместе с Жирковским отрядом, а конная бригада Попова наступала от хутора Рудакова. Артиллерия противника располагалась на высотах у хутора Рудакова, откуда она обстреливала станцию Суровикино. Снаряды падали у самого поезда. Белые казаки наступали уверенно, так как предатель, помощник начальника станции, подробно сообщил им все сведения о состоянии санитарного поезда и о его охране.
Поезд, не имея паровоза, оказался отрезанным от станции Морозовской. Комендант эшелона немедленно привел в боеспособность свой небольшой отряд и вместе с суровикинскими красными казаками, которыми вместо убитого М. И. Сысоева командовал казак К. Ф. Варламов, повел наступление против белых казаков. Упорный бой со значительно превосходившим противником продолжался до 9 часов утра 23 мая. Наступавшая от хутора Рудакова конная бригада Попова около 9 часов подошла к Суровикино, обходя станцию и отрезая героическим защитникам санитарного поезда путь на запад. Красные бойцы, защищая раненых и больных красноармейцев, находившихся в санитарном поезде, все ближе и ближе отходили к станции, по нескольку раз переходя в контратаку против белых казаков. И только когда уже окончательно обозначился обход белыми казаками с юга станции и станицы Суровикино, красные бойцы начали отходить к хутору Нижне-Осиновскому. В этом бою геройски погибли: командир Суровикинского красного партизанского отряда Михей Иванович Сысоев, командир взвода Иосиф Кондратьевич Варламов, 12 красных партизан Суровикинского отряда; 18 красных партизан были тяжело ранены.
Санитарный поезд без паровоза стоял в тупике на станции. Раненые и больные бойцы в панике вылезали из вагонов, но тут же падали под ударами сабель налетавших белых казаков. Оставшимся в живых скрыться было некуда: кругом степь. Озверевшие белые казаки разыскивали и добивали больных и раненых красноармейцев. Везде раздавались душераздирающие крики и стоны, призывавшие к спасению. Казаки грабили поезд, добивали раненых красноармейцев, насиловали женщин.
Около 10 часов утра 23 мая красные бойцы заметили на горизонте со стороны станции Обливской серый дымок. Некоторые красноармейцы думали, что это бронепоезд белых; другие уверенно говорили о том, что у белых бронепоездов нет, что это едет товарищ Ворошилов выручать их из тяжелого положения. Но вот дымок становится все ближе и ближе. Наконец, отчетливо вырисовался силуэт бронелетучки, состоявшей из нескольких больших временно забронированных американских платформ. На тамбуре передней платформы спокойно стоял человек в кожаной куртке, опоясанный ремнями. Он то-и-дело подносил к глазам бинокль, внимательно всматриваясь в сторону станции Суровикино. Еще издали красные бойцы узнали в этом человеке своего любимого командарма Климента Ефремовича Ворошилова. С ним были его ближайшие друзья и боевые соратники — тт. Пархоменко, Руднев и другие.
В 3—4 км западнее станции Суровикино, у мостика через р. Осиновую, бронелетучка, на которой был Климент Ефремович, остановилась; завязался бой с белыми казаками, которые пытались разобрать рельсы и захватить бронелетучку. С подходом передовых частей армии товарища Ворошилова бронелетучка продолжала продвигаться с боями на станцию Суровикино и к 14 часам заняла ее, освободив из белогвардейского плена оставшихся в живых красноармейцев санитарного поезда. Белые с большими потерями были отброшены к станице Нижне-Чирской.
В этом бою был ранен А. Я. Пархоменко.
Один из участников следующим образом описывает эту тяжелую драму: