这一天，苏军手持冲锋枪，头戴钢盔，随时准备进入战斗状态。原来，苏军远东指挥部已下令，指示驱赶中国“越境”人员，必要时可以开枪。苏军上岛后，立即对中国边防巡逻队形成包围之事，企图迫使中国巡逻队后退。中国巡逻队要求苏军离开珍宝岛，苏军不予理睬，继续向前进逼。此时，未被苏军发现的中国边防第二巡逻小组突然出现在眼前，并从苏军侧翼穿插过来，挡住苏军的一支小分队。苏军发现中国军队早有准备，仓促之中向中国边防巡逻队开枪。中国巡逻队没有来得及展开，当即伤亡6人。中国边防军第二巡逻小组听到枪声后迅速还击，当场打死苏军7人。这时，正在珍宝岛中国一侧岸上隐蔽待命的部队，也奉命投入战斗。
当天，中国政府向苏联政府提交了抗议照会，指出：这次严重流血事件，完全是苏联当局一手造成的。这是苏联当局长期以来蓄意侵犯中国领土，进行武装挑衅，不断制造流血事件中的又一次新的严重罪行。中国政府坚决要求苏联政府惩办这次事件的肇事凶手，立即停止侵犯中国领土和武装挑衅，并保留要求苏方赔偿我方一切损失的权利。”中国政府再次严正警告莫斯科：“中国的神圣领土是不容侵犯的，如果你们一意孤行，继续挑起中苏边境武装冲突，必将遭到中国人民坚决的回击，由此产生的一切严重后果，只能由苏联政府承担全部责任。”
3月4日，《人民日报》、《解放军报》发表了经周恩来修改的社论，指出：长期以来，珍宝岛地区一直在中国管辖之下，我国边防部队人员一直在这个地区进行巡逻。“怎么能够说珍宝岛地区突然跑到'苏联国境线'那边去了呢?怎么能够说这块中国领土成了苏修边防军'警卫'的地方呢?明明是苏修军队侵犯中国领土珍宝岛，向中国边防部队人员猖狂进攻，你们却反诬是中国边防部队人员发动'挑衅'。”
尽管这次冲突引起了中国人的极大愤慨，但中国还是采取了较为克制的态度，而且在对外宣传方面也很注意分寸。当时，全国有1.5亿多人参加了游行活动。3月4日，中共中央、国务院、中央军委发出通知，要求各地军民在游行中做到不冲、不砸、不烧、不抓、不打苏联驻华使馆、机构和苏联在华人员。3月6日，周恩来将宣传部门送审的稿件中有关“苏修”的字眼改为“苏联”。他还多次指示边防部队，要严格按照“有理、有利、有节”的原则行事。
珍宝岛冲突发生后，苏军在远东地区进入了临战戒备状态。此后，苏军多次派出配备有装甲车的武装部队越过乌苏里江，登上珍宝岛。同时，中国边防军继续上岛巡逻，但双方没有发生冲突。
