次日，关东军的进攻从一开始就进入了白热化。
山下奉文将第一方面军的第3师团和第5师团全部投入进攻，第二方面军的第1师团一部和第11师团从城西猛攻，第14师团作为预备队在后方待命。
数百门火炮在凌晨五时同时开火，炮击持续了整整五十分钟，沈阳城北和城西的国军阵地上落下了近两万发炮弹。
炮击刚停，关东军步兵便从出发阵地一跃而起，在坦克掩护下密密麻麻地涌向国军防线。
城北方向，第78军的阵地上枪炮声震耳欲聋。高大壮把军帽压在眉骨上，趴在掩体里用望远镜观察敌情。
关东军今天的攻势明显比昨天更猛，坦克数量多了近一倍，步兵一波接一波往上冲，前面的倒下去后面的踩着尸体继续往前拱。
“狗日的今天吃错药了。”高大壮骂了一句，抓起电话摇到前沿阵地，“都给我稳住！放近了打，别浪费子弹！”
前沿阵地上，重机枪手们趴在掩体里，枪管打得通红。12.7毫米高射机枪被调平了打地面目标，这种本该对空射击的大口径机枪打到步兵身上，一发子弹能把人拦腰打断。日军的一辆九五式轻战车冲过了反坦克壕，被高射机枪从侧面扫了一梭子，子弹击穿了薄弱的装甲，坦克歪歪扭扭冲了几米就趴了窝，里面的驾驶员和机枪手全被打成了筛子。
反坦克小组在战壕之间穿梭，扛着坦克杀手火箭筒寻找目标。一个三人小组在弹坑里蹲了不到两分钟，瞅准一辆正在爬坡的九七式坦克，射手瞄准侧面装甲扣动扳机，火箭弹拖着白烟扎进坦克发动机舱，轰的一声巨响，坦克炮塔被炸得跳起来半米高，又重重砸回去。
城西方向，独1师的阵地上同样杀得难分难解。师长周铭把师指挥部设在第一道防线后面不到一里的一个废弃砖窑里，炮弹不停地在周围爆炸，窑顶上的土哗哗往下掉。
“师长，小鬼子今天跟疯了一样，第三波刚打退第四波又上来了！”参谋长在电话里吼道。
周铭用肩膀夹着听筒，两手撑在地图上：“顶住！告诉前沿，高射机枪对准步兵密集区打，迫击炮封锁反坦克壕前面的开阔地，一发都不许打偏！”
独1师的12.7毫米高射机枪阵地设在防线两翼的高地上，八挺机枪交叉射击，子弹像铁扫帚一样从日军步兵队列中扫过去。被打中的人直接碎成几块，胳膊和腿飞出去老远，跟在后面的士兵吓得趴在地上不敢抬头。一个关东军少尉挥舞着军刀想驱赶士兵冲锋，刚站起来就被高射机枪打成了两截，上半身飞出去三米远。
上午九时，天空中传来了大批引擎的轰鸣声。
关东军第2飞行集团出动了一百二十余架战斗机，从长春和公主岭机场起飞，气势汹汹地扑向沈阳上空。领队的航空兵指挥官在无线电里下令：“掩护地面部队进攻，压制敌军炮兵阵地！”
这批日军飞机刚飞到沈阳北郊，云层上方突然俯冲下来大批国军战斗机。空军第4路军第9、第10驱逐机大队一百三十二架研驱二驱逐机早已在空中埋伏多时，它们背对太阳，从八千米高空俯冲而下，飞机上的20毫米机炮和12.7毫米机枪同时开火。
领头的日军一式战斗机还没反应过来就被打爆了三架，油箱中弹起火，拖着黑烟栽向地面。剩下的日机慌忙抛掉副油箱拉升迎战，但研驱二型的垂直机动性能远胜日军的一式战和二式战，国军飞行员占着高度优势，一次俯冲打完就走，拉起来再冲第二次，不给日机任何咬尾的机会。
第4路军的飞行员们早已经把日本人的套路摸透了。四机编队两两配合，一架佯攻引诱日机转弯，另一架从侧面切入射击。一个回合下来，又有十几架日机中弹坠毁。
空战打到上午十时，日军航空兵终于扛不住了。一百二十余架战斗机被击落八十多架，剩下的三十多架带着伤摇摇晃晃往北逃窜。国军仅损失了十数架飞机，跳伞的飞行员也悉数被地面部队救回。
沈阳城里的老百姓躲在防空洞里，听着头顶上的空战声从激烈到稀疏，最后彻底安静下来。有人探出头去看，正好看到一架日机拖着长长的黑烟从天上栽下来，摔在城外麦田里炸成一团火球。防空洞里爆发出一阵欢呼。
制空权夺回后，国军的重炮开始发威。
李宏在沈阳城部署的两个重炮团——一个150毫米重型榴弹炮团和一个155毫米加榴炮团，共七十二门重炮，直到这一刻才揭开伪装网。炮兵指挥官关向华亲自坐镇指挥，命令各炮位按预先标定的射击诸元对关东军进攻出发阵地实施火力覆盖。
七十二门重炮齐射的动静同样惊天动地。150毫米和155毫米的炮弹砸下去，炸出的弹坑能装进去一辆卡车。关东军集结在进攻出发阵地上的步兵和坦克被炸得人仰马翻，弹药车被弹片击中后引发殉爆，爆炸的冲击波把周围的士兵像树叶一样吹飞出去。一门日军九二式步兵炮被155毫米炮弹直接命中，连炮带人炸成了零件状态。
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