20日夜，俄軍第三步兵師開始從新沙赫京斯基撤出，乘車趕往雙城子，撤退行動嚴格保密，前沿的巡哨和值勤由後衛部隊照常進行，主力部隊從城外道路繞往火車站，未曾驚動居民，火車開出時禁止鳴笛，運兵的車皮塗上紅十字偽裝成運傷員的車皮，運火炮的車皮則將火炮周圍堆滿木材偽裝成運貨車皮，沿線布置了3個騎兵團和大批護路巡邏隊。一整夜，華軍都未曾察覺第三師的移動，派出偵察鐵路線狀況的小股騎兵偵察隊不是被擊退就是被消滅，偵察隊沒有取得有實際價值的情報。直到次日清晨，華軍第13步兵師的3個旅和第11師的33旅仍集結在新沙赫京斯基周圍，另外還得到兩個騎兵團的支持，合計兵力達4萬8千人，集結的軍屬和師屬火炮包括36門150毫米重榴彈炮、72門105毫米加農炮和48門90毫米榴彈炮，旅屬火炮包括72門75毫米野戰炮和24門100毫米迫擊炮。而此時新沙赫京斯基俄軍的環形陣地內，隻有前沿布置著不到兩千名可快速撤出陣地的騎馬步兵。原來的炮兵陣地上安設了用木頭和鐵皮拚成的假炮，為免露餡，還在假炮上方設置了蓬布和樹枝作掩飾，而各團營地內總共可供約兩萬人使用的營帳也還留在原地，以便欺騙華軍的空中偵察隊。
21日晨9時，第三野戰軍司令官陳星雲中將接到偵察飛機的報告：“……敵陣地比較安靜，部分陣地似乎作了防空偽裝，昨天發現的火炮大多已不在原地……”
陳星雲對這份報告並不在意，毫不猶豫地下令，第32旅準備按計劃執行對雙城子要塞的佯攻，第33旅準備按計劃執行穿新沙赫京斯基與雙城子間的穿插作戰，第13步兵師準備按計劃夾擊新沙赫京斯基之敵軍，野戰軍屬航空浮空集群亦應按計劃分批出擊，支援地麵作戰。
命令傳至前線，第三野戰軍各部於9時30分同時開始行動，第32步兵旅與第5騎兵旅的第13、14團從新沙赫京斯基以南5公裏外展開，驅散俄軍少量騎兵隊和護路巡邏隊，向鐵路沿線的兩個俄軍據點群發起猛攻，迅速奪取這兩個據點，布置起南北兩重背對防線，割斷了新沙赫京斯基與雙城子之間的鐵路聯係。
第13師則集中兩百多門大炮猛烈轟擊新沙赫京斯基西北方麵的防線，俄軍當然無力還擊，前沿守軍紛紛撤出陣地，騎上馬向東部的沼澤和森林中退卻。
31旅則在第三野戰軍參謀長趙民河的注視下，對雙城子要塞發起了佯攻作戰。為達到吸引俄軍注意力的效果，為31旅提供火力支援的炮兵力量也十分可觀，合計18門150毫米重炮、54門105毫米加農炮和18門90毫米榴彈炮，另外還集結了24門旅屬的75毫米野戰炮。獨立第四炮兵旅第20特別重炮團的3門305毫米重型攻城炮昨晚才運到，連夜裝配完畢，一大早也加入了炮擊行列，首先發出了一排撼人心肺的劇響，350公斤的巨彈沿著低伸彈道飛向俄軍堅固的水泥要塞，炸出幾團絢爛火團。隨即大小火炮一起開放，俄軍陣地前沿頓成火海，部分堡壘炮台也遭彈雨包圍，火團驟閃驟滅，硝煙散亂起伏，儼然大舉進攻之前奏。
俄軍進攻部隊此時尚未進入出發陣地，所以並未受到嚴重打擊，猛烈的炮擊卻使斯特塞爾中將吃了一驚，以為己方情報失誤，華軍的真正進攻方向卻在此處，連忙派人到各陣地詢問情況，不久從新沙赫京斯基傳來消息，華軍正以重兵猛攻該處陣地，斯特塞爾才放下心來。不料很快又傳來消息，華軍步兵正在炮火掩護下，自要塞西麵躍出戰壕，向要塞前沿陣地接近。
“不會吧，難道我們判斷失誤？敵軍已經把各預備師團也投入了戰鬥嗎？”
斯特塞爾疑惑起來。
“現在擔心也沒用，命令要塞的重炮兵向敵人步兵開火吧。”
旁邊康特拉琴柯少將說道，斯特塞爾也暫時拿不出主意，隻好照辦。
不一時，有人來報，說是要塞重炮剛一開火，敵軍步兵就已躲了回去。
“不過如此嘛。”
斯特塞爾得意起來，旁邊康特拉琴柯卻不以為然道：“如果對方真想進攻要塞的話，炮火準備的時間應該要長得多，步兵的進攻也應該堅決得多，不會如此輕易就放棄，我看敵人隻是在徉動而已，意圖大概是要牽製我軍，使我軍無法去救援第3師。他們應該還不知道，第3師已經撤了回來，現在我們至少可動用十個步兵團和五個騎兵團去進攻當麵之敵，可用的野戰火炮也增加到300門，要塞的十多門重炮也可以對那個方向上的敵人陣地實施轟擊。如此一來，殲滅或重創要塞西麵之敵的作戰目標就更有希望實現了。現在我們應該動用手頭的全部300門大炮對敵人的步兵和炮兵陣地全力轟擊，步兵按今天淩晨的修訂計劃分三波次發起突擊，騎兵在步兵兩翼掩護並包抄敵軍側翼，堅決實施殲滅作戰。”
“恩，殲滅作戰，這麽說來，是時候開始了。”
斯特塞爾摩拳擦掌起來，一長串命令迭連下達，俄軍的作戰機器快速運轉起來，很快，俄軍安排妥當的260門火炮開始向華軍陣地猛烈轟擊，布置在前沿的3個華軍75毫米野戰炮連幾分鍾內即被壓製住，華軍草草築成的戰壕和射擊掩體被一段段轟毀，剛剛退回出發陣地的華軍32旅的94、95團遭到如此急促密集的炮火轟擊，損失慘重，部分連隊解體，潰兵擁向後方。
正在空中巡邏的華軍飛艇和飛機立即向地麵報告了俄軍炮群的位置，華軍重炮由空中校射，向俄軍炮兵陣地反擊，但因俄軍火炮多置於堅固據點和掩體內，未能有效壓製住。
1個多小時的炮火準備後，分屬3個師的10個俄國步兵團開始對華軍陣地發起波次突擊，共有5個團構成第一波，3個團構成第二波，2個團為第三波兼預備隊。
俄軍的作戰正麵約10公裏，主要突擊正麵約5公裏。第3師的2個團布置在戰線北段，第4師的4個團布置在戰線中段，第5師的4團布置在戰線南段，第4師和第5師擔負主攻任務，第3師負責掩護和牽製。
俄軍出發陣地距離華軍最前哨的掩體不過1000碼（914米），距華軍主要防禦線大約2公裏。雙方陣地之間混雜著草地、田地、柵欄、小土坡和稀疏的樹木，華軍方麵的射界並不算開闊，俄軍方麵可利用的掩蔽物也不少，何況俄軍zhan有絕對的數量優勢，第一波攻擊即展開了5個滿編步兵團約兩萬人，雖然其後的第二波和第三波的5個團均不滿編，卻也有一萬七千人左右。此外，俄軍還在步兵部隊兩翼和側後展開了5個騎兵團大約4000名騎兵執行掩護和快速支援任務。俄軍當麵的華軍32旅經過10餘天作戰後，可用兵員不過8000人，且部署在前沿的兩個團一開始即遭俄軍炮火猛擊，戰鬥力遭到嚴重削減。
眼看著形勢驟變，一直呆在前沿觀看32旅實施佯攻作戰的野戰軍參謀長趙民河中將立即策馬趕往己方主陣地線後方2公裏外的第11師師部，找到師長鄭虹少將，劈頭就道：“快派出預備隊，敵軍重兵攻過來了。”
鄭虹指了指身邊氣喘籲籲的一名參謀官：“下官已經知道了，我正想去前麵親眼看個明白，再做決斷……”
“我已經看明白了，現在我們一起去前麵，不過要立即命令31旅動起來，還要發電報給司令部，讓他們調撥援兵。”
“是，我這就去辦。”
當趙民河攜鄭虹來到距離前線主陣地幾百碼外的一處小坡上時，兩人清楚地看到了一股股人流從要塞的前沿陣地中湧了出來，在原野上散開成散兵線，一點點，一片片，一股股，向兩人所在之處逼近。
“轟隆”一聲，一發炮彈打在趙民河前邊十幾碼外，灰土落了趙民河等人滿頭滿臉，一名隨行參謀官小腿被彈片擊中，被鄭虹囑令趕回司令部包紮。
接連又有三四發炮彈打在附近，鄭虹緊張起來：“參謀長，這裏太危險，還是回師部去吧。”
趙民河看看前麵遠方，又轉頭看看後麵的樹林，樹林後即是司令部所在。
他點點頭：“這裏危險的話，就換個地方，但暫時還不要回師部，我們再到別的地方看看，敵人剛剛開始動作，形勢還不大明朗，我們看清楚了才好組織反擊。對了，發電報請求空中支援了嗎？”
“已經發了，不知道什麽時候可以來。”
趙民河拍拍馬頭，舉起馬鞭向更接近陣地一處矮坡指去：“希望他們趕快點吧，好了，我們往那邊去看看，不知道32旅能頂多久。”
“32旅頂得住的，我敢打包票。”鄭虹說道。
“看看再說吧。”
趙民河雙腿夾了夾馬肚子，馬鞭一抽，衝下土坡，鄭虹等人跟在後麵一溜而下。一分鍾後，一發炮彈正好擊中趙民河的立馬之處，無意間回首望見此景的鄭虹不由倒吸一口冷氣。
此時，華軍布置在隱蔽掩體中的團屬、營屬輕型火炮開始向俄軍步兵轟擊，配備了精密瞄準具的華軍狙擊手以精準火力瘋狂屠殺俄軍領頭軍官，輕重機槍也斷斷續續地發言起來，俄軍打頭的幾個營遭到嚴重殺傷，但俄軍的凶猛炮火逐漸將華軍步兵的抵抗壓製了下去。俄軍步兵步步逼近，奪取了若幹前哨據點，又向華軍主陣地線壓過去，眼看俄兵越衝越近，最前麵的人將要踏上主陣地線的戰壕邊緣，忽然幾排槍彈急促發來，掃倒一片俄兵，原來是作為32旅預備隊的96團已然趕到，以營連為單位，補進了戰線中，暫時遏製了俄軍的前進勢頭。
俄軍當然不肯罷休，仗著兵力雄厚，加緊攻擊，炮火猛洗華軍陣線，槍彈亂飛如蝗，遠東第6師師長納英傑少將親率本部3個團在戰線南段猛攻，付出巨大代價後，突破了華軍94團陣地，西伯利亞第6騎兵師師長米辛科少將立即率本部4個團3200名騎兵從突破口中迅速穿出，向華軍後方地域的炮兵陣地、後勤倉庫和司令部席卷而去。
趙民河把這一幕著實看在眼裏，料到事情不妙，心急如焚，就要率身邊的警衛隊去阻擋俄軍，諸衛兵當然不允，旁邊鄭虹更是好言相勸，與眾人一起挾持著趙民河，退向師部。跑到半路，斜刺裏殺出數十俄國騎兵，在頭頂上旋舞著馬刀衝殺過來，警衛隊舉槍攔射，擊倒數騎，餘者蜂擁而近，趙民河與鄭虹亦拔出隨身左輪槍，連扣扳機，打落好幾名敵兵。然而敵兵人多勢眾，呼嘯而至，眨眼間戰鬥已轉為近身肉搏，刀飛血舞，馬嘶人號，不一時，十來名警衛員隻剩下三四人尚在馬背上，隨行的參謀官全部落馬，趙民河與鄭虹亦不得不抽出指揮刀與敵拚殺，然而幾番砍殺，敵兵還有二三十騎，己方戰士卻幾近全滅。趙民河不由大叫一聲：“天欲葬我於此乎！”
俄兵也不知他叫的什麽，揚鞭策馬，圍聚過來砍殺他，那邊鄭虹鄭師長，見形勢危急，衝過去在趙民河馬後狠抽一鞭，隻把自己擋在了敵兵麵前。趙民河的戰馬嘶叫一聲，竄出敵陣，向北奔去，趙民河轉頭一看，卻見鄭虹被敵兵圍殺，遂調轉馬頭，又揮刀過去助戰，連著砍殺了兩名敵兵，不料一彈襲來，正中趙中將左肩，手一軟，鬆開韁繩，落下馬來。鄭虹見狀便急著過去援救，一分心，被一名敵兵砍中右臂，馬刀失手而落，眼看手無寸鐵，將束手就擒。忽地一陣槍彈，撂倒十數俄兵，殘餘幾個俄兵大為驚慌，回身要逃，卻被大隊華軍騎兵堵住後路，盡數就戮。
鄭虹仔細看去，及時趕來救援的乃是師部的騎兵偵察營，那營長王濤此時收了左輪槍，策馬過來敬禮。鄭虹誇讚他兩聲，便要他派人為中彈跌落地上的趙民河裹傷。王濤喚過兩名衛生員，分別為趙民河與鄭虹包紮傷口，又報告道：“31旅的91團已經在師部布置好防禦，92團已趕去保護炮兵陣地，93團正在趕來，師長不必擔心，且先隨我等返回師部。”
鄭虹點頭道：“就如你所言，要照顧好趙參謀長。”
那邊趙民河聽到，回他一聲：“鄭師長，我沒事，這就上馬。”
“那我就放心了，我們現在就回師部，再做打算吧。”
“沒問題。”
一行人快馬加鞭，奔到師部，31旅旅長潘旋準將馬上迎過來，先謝罪一番，鄭虹讓他不必在意，便先問他31旅情況。
“敵大隊騎兵剛剛向師部發動衝擊，已被91團的步兵和旅屬炮兵擊退，重炮陣地那邊有92團防衛，想必也無大礙，93團正在趕來，應該馬上就到。”
說話間，數顆炮彈在師部帳篷附近炸開，想必是騎兵用的輕炮，沒有造成多大破壞。鄭虹立即出帳觀望，看到南邊大股俄軍騎兵正在編列作戰隊形，回頭對潘旅長道：“看來敵軍騎兵還要衝過來，頂得住嗎？”
“請放心吧，我都布置好了，來多少死多少。”
“但願如此。”
鄭虹放下望遠鏡，卻見趙民河已裹好傷口，走近過來，心中愧疚，摘下軍帽，低頭向他謝罪道：“參謀長，我無能，剛剛還打包票說沒問題，可是眼睜睜就看著32旅被打垮了……”
趙民河耷拉著左臂，搖頭寬慰他道：“這不是你的問題，主要是軍部沒有把形勢弄清楚，另外，俄軍竟然能投入如此多的兵力來發動進攻，說明了一個問題。”
鄭虹抬起頭，疑惑地“哦”了一聲。
“俄軍第5師要守住綏芬河東岸，其對麵有日軍的第2師團，由於戰線長達數十公裏，第5師不可能分出身來加入雙城子方麵的進攻作戰。根據事先的情報，俄軍也沒有其他野戰預備隊。這樣說來，俄軍能投入這麽多兵力來進攻這邊，一定是把新沙赫京斯基的第3師調了過來。”
“可是13師外加33旅不是正在進攻新沙赫京斯基嗎？”
趙民河一拳打在帳篷的支杆上：“我們中了敵人的金蟬脫殼之計了。第3師一定是連夜秘密撤到雙城子要塞，天亮後立即投入進攻作戰，而留在新沙赫京斯基的不過是少量後衛兵力而已。”
鄭虹咽了口唾沫，低聲道：“那麽，現在該怎麽辦？32旅可能已經陷入崩潰狀態，如果重炮陣地又被敵軍掃蕩的話，以31旅的兵力還是不足以抵擋敵軍3個師的進攻哪。”
“快向軍部發電，告訴他們，敵軍第3師已在雙城子，請將主力部隊轉來雙城子支援11師……算了，我來擬電文好了。”
鄭虹點點頭：“由趙參謀長來告訴陳司令官的話，再好不過了。”
當趙民河的求援電送至陳星雲的辦公桌前時，陳星雲正在看13師師部發來的電文，上麵盡是我軍進攻順利，敵軍不堪一擊，紛紛棄陣逃散之類的辭句。
看到副官送來電文，陳星雲問道：“誰發來的。”
“11師師部發來的，署名是第3軍參謀長趙。”
陳星雲若有所思地點點頭，把電文取過來，隻見上麵寫著：“第3軍司令官陳鑒，前11師已發出求援電報，未獲答複，不知為何，今32旅陣線已被俄軍突破，11師師部已成前線，且發現當麵之敵番號中含有遠東第3師，可推測新沙赫京斯基已實乃空城，無須重兵圍攻，請即調可快速運動之部隊，趕來支援11師，形勢危切，險象環生，稍若拖延，恐成大禍！”
陳星雲皺眉自言道：“真是如此嗎？恐怕是敵軍的詭計也不說不定，11師不會差勁到一擊即潰吧，先派飛機去看看好了，還是先拿下新沙赫京斯基比較穩妥些……”
這麽想著，陳星雲立即讓參謀擬了一份命令，讓野戰軍直屬航空浮空集群派出“所有可攜帶武器的飛行器”到雙城子一帶，查明戰場狀況，並支援地麵作戰。
回複趙民河的電文則是：“第3軍參謀長趙鑒，軍司令部正派出飛行部隊前往支援並查明狀況，現新沙赫京斯基方麵戰事已開，臨時於戰線上調撥部隊甚為不便，擬派出預備34師之102旅前往支援，3到4小時後該部即可抵達，若狀況實在危急，司令部可再做打算，請協助11師鄭師長指揮部隊就地防禦……”
一看到這回複電文，趙民河大怒，將電文擲於地上，恨恨道：“好個陳宇晴，完全不把我的話當回事，罷了罷了，今天我便戰死此地，以謝武威公知遇之恩！”
鄭虹於旁勸道：“長官請息怒，司令官也沒說不派出援軍，飛行部隊的話很快就能抵達，而我手中尚有三個團可用，抵擋一陣應不成問題，必可保長官無恙。”
趙民河吐口氣，憤憤道：“幾架破飛機，有何用處！”
這時前麵有參謀官報告，敵軍騎兵已衝擊過來，鄭虹忙趨前觀望，果見大股俄軍騎兵如潮水般湧來，卻當頭中了一陣炮火，煙火爆裂，骨肉飛離，俄軍隊形稍亂，卻仍不顧一切向前猛衝。
“的確勇猛異常，可惜這等時代，騎兵正麵衝擊設防陣地已是無用。”
趙民河評道，雖然受了傷，又被陳星雲的電文激怒，可一麵對到實際問題，他還是能保持清醒的頭腦。
在距華軍陣地1000到200碼的距離上，俄軍騎兵被華軍數十挺輕重機槍如割麥般一茬茬掃倒，在後擔負火力支援任務的騎兵炮兵和機槍隊也被華軍準確的迫擊炮火力打得一塌糊塗，攻擊徹底失敗，俄軍遺屍千餘，參與衝擊的騎兵無一逃回。
清醒過來的俄軍開始將輕炮兵陣地向前移動，並將重炮火力向前延伸，40公斤的152毫米重炮彈開始頻頻落到華軍陣地上。而華軍的重炮也沒有閑著，在校射氣球和飛艇引導下，數十門150和105毫米大炮集中起來猛轟脫離了堅固陣地的俄軍輕炮兵，輕榴彈炮和野戰炮則向接近的俄軍步兵猛烈開火，挫敗了俄軍第一攻擊波進一步擴大戰果的企圖，俄軍第一攻擊波的殘部被迫退到有掩護的地帶，等待後援。華軍32旅的殘餘部隊乘機脫離了與敵人的接觸，分批撤出陣地，向師部和重炮陣地一帶集結，除94團已被重創，基本失去戰鬥力外，32旅的另外兩個團尚有半數以上的連隊可以正常執行作戰任務，但該旅已喪失了大部分的旅屬火炮和半數左右的團屬火炮。
12時30分左右，31旅的93團趕到師部，鄭虹命該團隱蔽集結在91團陣地後的樹林中，作為反擊用的預備隊。鄭虹剛下完命令，便聽得空中嗡嗡作響，原來飛行部隊已然抵達，密密地一團，大約二十來架。
“把老底全甩出來了呀，可以嘛。”
鄭虹望天歎道。
第3野戰軍配屬的航空浮空集群編有38架飛機和8艘飛艇，包括10架fjz-2“旋風”單座偵察機，10架fjz-3“滄風”單座偵察機，10架fjz-4“火風”雙座偵察機，4架fjzl-5“大風”雙座偵察機和4架fjqh-1j“晴風j”偵察校射機，偵察飛艇和校射飛艇各4艘。開戰以來，已有2架“旋風”和1架“火風”因事故墜毀。21日早上，已派出了大部分可用的飛機去支援新沙赫京斯基方麵的作戰，這些飛機剛剛降落，就接到命令要轉去雙城子方麵支援作戰。在集群編配的飛機中，隻有雙座的“火風”機有後射機槍架，並有可裝16枚手榴彈的專用彈架，其餘飛機原本並沒有任何武裝，可是在實際運用中，飛行部隊卻在“旋風”和“滄風”機上裝配了自製的手榴彈掛架，使這兩種單座機也擁有了對地麵暴露敵軍的攻擊能力，另外，4架“大風”雙座偵察聯絡機也被擅自安上機槍和手榴彈掛架，以執行對地支援任務。當天12時左右抵達雙城子附近空域的華軍飛行部隊包括8架“火風”、6架“滄風”、4架“大風”和4架“旋風”，此時正值俄軍第2攻擊波冒著華軍炮火，合同第一攻擊波殘部向華軍倉促設立的第二防線挺進，第3攻擊波也剛剛進入出發陣地，準備隨時跟進支援。華軍飛機當然沒有袖手旁觀，配備有機槍的“火風”和“大風”陸續向前進中的俄軍散兵線俯衝，拉起時由後座觀察員投下手榴彈，並以機槍向敵掃射，單座的“滄風”和“旋風”沒有機槍，隻能單純以手榴彈攻擊。飛行部隊的攻擊嚴重挫傷了俄軍的士氣，俄軍官兵見到飛機衝來紛紛臥倒，但這並不妨礙飛機上的機槍發揮效力，俄兵發現在開闊地上臥倒仍然會被從天而降的子彈打中，於是開始尋找飛機“看”不到的樹林，但戰場上幾經炮火洗劫，幾乎已不存在什麽可以躲避飛機攻擊的樹林，部分絕望的俄兵不顧軍官的攔阻，紛紛向後潰散。
鄭虹遠遠望見這一幕，興奮地叫起來：“參謀長，敵人的陣線動搖了！”
趙民河在旁看得清楚，心想自己竟低估了飛機的作用，點頭道：“我看到了，趁這時候，派預備隊上吧，但不能隻派一個團，把91團的陣地留給32旅的殘餘部隊，讓91團和93團一起從右邊插過去，把原來的陣地奪回來。重炮兵要對敵軍出發陣地實施攔阻射擊，阻止敵軍投入預備隊，野戰平射炮要向前推進，盡可能在近距離上強擊敵陣地，輕榴彈炮集中轟擊移動中的敵軍步兵，盡可能多地殺傷敵有生力量……”
“是！我馬上就去布置。”
“記住，奪回陣地就好，不要追太遠。”
“明白！”
在重炮的咆哮聲中，31旅的91、93團衝出陣地，向已經發生動搖的俄軍進攻部隊發起反擊，華軍的反攻並沒有向俄軍那樣展開成寬大的散兵線推進，而是以機槍、迫擊炮為中心，散兵縱隊借助掩蔽地形一段一段躍進的火力機動，每次躍進三四百碼，然後停下來展開火力攻擊，壓製敵方火力後再繼續推進。華軍的75毫米野戰平射炮則隨同部隊推進，以強力的近迫火力猛擊部分躲進戰壕中的俄步兵，華軍榴彈炮兵的凶狠火力則限製了俄軍各部隊的機動，使其無法相互支援，重炮兵在俄軍出發陣地前打出一道密織的火牆，使敵擔任第3攻擊波兼預備隊的兩個團無法向前支援。由著炮兵和飛機的支援，31旅的兩個團集中向敵陣線的南段發起突進，那裏的俄軍由遠東第6師師長納英傑少將指揮，名義上包含3個步兵團，實際上已在先前的進攻中被嚴重削弱，而且跟隨步兵推進的三個輕炮兵連在移動過程中全被華軍重炮摧毀，此外俄軍步兵還嚴重缺乏彈藥。在戰線最南端的遠東第22團遭到華軍91團猛攻，傷亡慘重，被逐出了陣地，91團隨後分兵往北支援93團作戰，將士氣衰落的俄軍遠東21和23團一舉擊退，其中21團丟棄了所有的機槍，因為“……沒有子彈，毫無用處……”
此時，俄軍左翼已遭突破，但華軍已沒有預備隊可用，難以擴張戰果，反而遭到俄軍戰線中段由遠東第4師師長德米特列夫斯基少將指揮的3個步兵團（第14、15和16團）的壓擊，納英傑少將的部隊在退卻一陣後，又迅速反撲回來，華軍91、93團麵臨著敵人六個團的夾擊。這時在俄軍戰線北段，由遠東第3師師長赫沃斯托夫少將指揮的兩個團（第9和第11團）正從側麵攻擊華軍的重炮陣地，並企圖迂回到華軍11師師部之後，11師師長鄭虹少將被迫將剩下的大部分兵力用來抵抗俄軍遠東第3師的進攻，無暇顧及91和93團。
擅離崗位、在前線遊蕩的第3野戰軍參謀長趙民河中將這時有點急了：“這樣下去91和93團很可能被吃掉，趕快撤回來！敵人太過堅韌，我軍暫時兵力不足，反擊太勉強了，先守住吧！”
鄭虹忙著調遣部隊去防衛重炮陣地，好不容易喘口氣，又被責令撤回攻擊部隊，不由得沮喪起來，有氣無力地喚來傳令兵，準備下命令。
忽然一名騎兵在師部帳篷前勒住馬，問誰是師長，鄭虹叫一聲“我就是”，將那騎兵喚了過來，原來是騎兵第五旅第13團派來的聯絡官。
據聯絡官所言，騎兵13團已奉軍部之命趕到此處之西二裏外，隨時可供調遣。
鄭虹心中一喜，即叫那傳令兵把他們團長叫來，那團長到後，便如此交代一番，又將師屬騎兵偵察營交給他指揮，團長欣然領命，率部殺將出去，卻不正麵突進敵陣，乃從91團現駐陣地之後繞出，穿過一片樹林，向俄軍整個戰線最南端上的步兵22團陣線之側翼發起衝擊。隻見2000名騎兵分成三層展開，呐喊衝鋒，聲勢駭人。俄軍22團先前已被華軍步兵91團打退一次，兵力薄弱，士氣更衰，忽然又被大隊騎兵從側麵衝殺，自然抵抗不住，大舉潰退起來，被華軍騎兵以馬刀砍殺無算。騎兵13團即破敵22團陣地，又馬不停蹄繞向俄軍21團之後，一舉擊潰21團，俘獲遠東第6師師長納英傑少將及其手下旅長巴拉耶夫少將。
華軍91團適時殺出陣地，與騎兵13團相配合，向當麵的俄軍23團發動突擊，打垮該團後，即向俄軍遠東第4師背後迂回。
遠東第4師師長德米特列夫斯基少將及時發現了華軍的異常動作，下令所屬3個步兵團立即後撤，並派出了配屬的第24騎兵團向華軍衝擊以掩護撤退，俄軍騎兵猛衝華軍騎兵，雙方混戰一場，華軍步兵又趕來助戰，俄軍24騎兵團自團長以下800餘人幾乎全部覆沒，非戰死即被俘，竟無人逃竄（實際上是無可逃竄）。俄軍騎兵的自殺性衝擊使第4師得以較為順利地撤出戰場，雖然在撤退過程中，該師被重炮猛擊，損失不小，師長德米特列夫斯基少將亦受重傷，然而畢竟各團並未崩潰，建製單位基本保存。
第4師既已撤退，正在戰線北段猛攻華軍重炮陣地的第3師之第9、11團受到華軍兩麵壓迫，隻好撤退，華軍未予追擊。當日雙城子方麵戰鬥就此停熄，時為下午5點鍾，一小時後，預備步兵34師之102旅趕到，替下了已失去攻擊力的32旅，改隸11師編成內。隨後，33旅亦於當日黃昏趕回，返歸11師指揮，鄭虹少將手中總算有了3個可用之旅。
當日新沙赫京斯基方麵的戰鬥乏善可陳，華軍13師的3個旅在兩百門大炮猛轟2小時後，小心翼翼地突入俄軍陣地，隻被俄軍少量後衛部隊阻攔，一陣交火後，俄兵立即遁走，華軍大隊不明究竟，反而又召喚炮火轟炸，結果打打停停，遲至16時才告完全占領新沙赫京斯基，斃敵246名，俘敵217名，付出的代價是35人陣亡和87人負傷，其中三分之一的傷亡還是由於己方火力誤炸造成的。負責切斷新沙赫京斯基與雙城子之間聯係的33旅在作戰過程中，陣亡44人，傷126人，斃敵129人，俘敵71人。
當日雙方的鏖戰焦點在雙城子方麵，華軍11師和俄軍的3個師都受到了不同程度的損傷，華軍11師的32旅受創最重，全旅當日參戰的8000人中陣亡1291名，傷2757名，失蹤615名，也就是說，損失了半數以上人員（4663名），無法再實施進攻作戰，不得不撤回後方地域休整。33旅當日有大約8500人參戰，陣亡638名，傷1957名，失蹤278名，大約三分之一的人員損失（2873名），勉強可留在前線作為守備部隊。師部、師屬騎炮兵方麵也有不少損失，合計陣亡87名，傷215名。騎兵13團是為當日戰鬥中最為關鍵的力量，該團從敵軍側麵發起的衝擊直接促成已將戰鬥力發揮到臨界點的俄軍第6師進攻部隊崩潰，隨後引發了俄軍其餘部隊的撤退，但該團的損失亦不小，參戰的大約1600名官兵中陣亡287名，傷512名，損失近半，戰鬥結束後亦退回後方地域接受整補。此外，還損失了34門團以上火炮（被俘、被毀）。
根據戰後公布的資料，當日俄軍第6師遭到了“無法承受”的損失，這個原本作為遠東第一集團軍總預備隊的師經過七小時戰鬥後，直接參戰的3個步兵團均傷亡過半，3個炮兵連被徹底摧毀，合計陣亡2251名，傷4109名，失蹤863名（多為被俘），人員損失達到7223人，而這個師的總兵力不過18000人。俄軍第4師由於騎兵24團的自殺性衝擊的掩護而得以順利退回陣地，但在整個作戰過程中仍然傷亡慘重，合計陣亡1297名，傷2874名，失蹤901名，人員損失達5072人。俄軍第3師由於處於助攻位置上，且隻派出兩個步兵團直接參戰，損失較小，但也有506人陣亡，1334人負傷，112人失蹤，合計損失1952人。騎兵方麵的損失更為慘重，參戰的5個騎兵團中，3個團全滅，1個團重創，共有3128人陣亡和失蹤。俄軍炮兵、工兵和要塞駐防部隊也在華軍猛烈的炮擊中遭受了損失，181人陣亡，349人負傷。由於華軍擁有空中校射手段的重炮的精準打擊，俄軍損失了不少火炮，僅全滅的炮兵連就有4個，共有67門火炮被打壞或擊毀。
相較之下，21日雙城子戰鬥中，華軍人員總共損失8673名，俄軍則損失17905名，就物質方麵而言，俄軍損失較重，但俄軍成功施展金蟬脫殼、聲東擊西的連環計策，在局部集中優勢兵力對華軍發動反擊，予華軍沉重打擊，打亂了華軍第3野戰軍的總體計劃，延緩了第3野戰軍對雙城子要塞的攻擊。
“……從精神意義上來說，這場戰鬥凸顯了俄國軍隊的決心和勇氣，鼓舞了軍民的戰鬥意誌，改善了我軍的內部形勢……”
――斯特塞爾，《司令官筆記》。
21日晨9時，第三野戰軍司令官陳星雲中將接到偵察飛機的報告：“……敵陣地比較安靜，部分陣地似乎作了防空偽裝，昨天發現的火炮大多已不在原地……”
陳星雲對這份報告並不在意，毫不猶豫地下令，第32旅準備按計劃執行對雙城子要塞的佯攻，第33旅準備按計劃執行穿新沙赫京斯基與雙城子間的穿插作戰，第13步兵師準備按計劃夾擊新沙赫京斯基之敵軍，野戰軍屬航空浮空集群亦應按計劃分批出擊，支援地麵作戰。
命令傳至前線，第三野戰軍各部於9時30分同時開始行動，第32步兵旅與第5騎兵旅的第13、14團從新沙赫京斯基以南5公裏外展開，驅散俄軍少量騎兵隊和護路巡邏隊，向鐵路沿線的兩個俄軍據點群發起猛攻，迅速奪取這兩個據點，布置起南北兩重背對防線，割斷了新沙赫京斯基與雙城子之間的鐵路聯係。
第13師則集中兩百多門大炮猛烈轟擊新沙赫京斯基西北方麵的防線，俄軍當然無力還擊，前沿守軍紛紛撤出陣地，騎上馬向東部的沼澤和森林中退卻。
31旅則在第三野戰軍參謀長趙民河的注視下，對雙城子要塞發起了佯攻作戰。為達到吸引俄軍注意力的效果，為31旅提供火力支援的炮兵力量也十分可觀，合計18門150毫米重炮、54門105毫米加農炮和18門90毫米榴彈炮，另外還集結了24門旅屬的75毫米野戰炮。獨立第四炮兵旅第20特別重炮團的3門305毫米重型攻城炮昨晚才運到，連夜裝配完畢，一大早也加入了炮擊行列，首先發出了一排撼人心肺的劇響，350公斤的巨彈沿著低伸彈道飛向俄軍堅固的水泥要塞，炸出幾團絢爛火團。隨即大小火炮一起開放，俄軍陣地前沿頓成火海，部分堡壘炮台也遭彈雨包圍，火團驟閃驟滅，硝煙散亂起伏，儼然大舉進攻之前奏。
俄軍進攻部隊此時尚未進入出發陣地，所以並未受到嚴重打擊，猛烈的炮擊卻使斯特塞爾中將吃了一驚，以為己方情報失誤，華軍的真正進攻方向卻在此處，連忙派人到各陣地詢問情況，不久從新沙赫京斯基傳來消息，華軍正以重兵猛攻該處陣地，斯特塞爾才放下心來。不料很快又傳來消息，華軍步兵正在炮火掩護下，自要塞西麵躍出戰壕，向要塞前沿陣地接近。
“不會吧，難道我們判斷失誤？敵軍已經把各預備師團也投入了戰鬥嗎？”
斯特塞爾疑惑起來。
“現在擔心也沒用，命令要塞的重炮兵向敵人步兵開火吧。”
旁邊康特拉琴柯少將說道，斯特塞爾也暫時拿不出主意，隻好照辦。
不一時，有人來報，說是要塞重炮剛一開火，敵軍步兵就已躲了回去。
“不過如此嘛。”
斯特塞爾得意起來，旁邊康特拉琴柯卻不以為然道：“如果對方真想進攻要塞的話，炮火準備的時間應該要長得多，步兵的進攻也應該堅決得多，不會如此輕易就放棄，我看敵人隻是在徉動而已，意圖大概是要牽製我軍，使我軍無法去救援第3師。他們應該還不知道，第3師已經撤了回來，現在我們至少可動用十個步兵團和五個騎兵團去進攻當麵之敵，可用的野戰火炮也增加到300門，要塞的十多門重炮也可以對那個方向上的敵人陣地實施轟擊。如此一來，殲滅或重創要塞西麵之敵的作戰目標就更有希望實現了。現在我們應該動用手頭的全部300門大炮對敵人的步兵和炮兵陣地全力轟擊，步兵按今天淩晨的修訂計劃分三波次發起突擊，騎兵在步兵兩翼掩護並包抄敵軍側翼，堅決實施殲滅作戰。”
“恩，殲滅作戰，這麽說來，是時候開始了。”
斯特塞爾摩拳擦掌起來，一長串命令迭連下達，俄軍的作戰機器快速運轉起來，很快，俄軍安排妥當的260門火炮開始向華軍陣地猛烈轟擊，布置在前沿的3個華軍75毫米野戰炮連幾分鍾內即被壓製住，華軍草草築成的戰壕和射擊掩體被一段段轟毀，剛剛退回出發陣地的華軍32旅的94、95團遭到如此急促密集的炮火轟擊，損失慘重，部分連隊解體，潰兵擁向後方。
正在空中巡邏的華軍飛艇和飛機立即向地麵報告了俄軍炮群的位置，華軍重炮由空中校射，向俄軍炮兵陣地反擊，但因俄軍火炮多置於堅固據點和掩體內，未能有效壓製住。
1個多小時的炮火準備後，分屬3個師的10個俄國步兵團開始對華軍陣地發起波次突擊，共有5個團構成第一波，3個團構成第二波，2個團為第三波兼預備隊。
俄軍的作戰正麵約10公裏，主要突擊正麵約5公裏。第3師的2個團布置在戰線北段，第4師的4個團布置在戰線中段，第5師的4團布置在戰線南段，第4師和第5師擔負主攻任務，第3師負責掩護和牽製。
俄軍出發陣地距離華軍最前哨的掩體不過1000碼（914米），距華軍主要防禦線大約2公裏。雙方陣地之間混雜著草地、田地、柵欄、小土坡和稀疏的樹木，華軍方麵的射界並不算開闊，俄軍方麵可利用的掩蔽物也不少，何況俄軍zhan有絕對的數量優勢，第一波攻擊即展開了5個滿編步兵團約兩萬人，雖然其後的第二波和第三波的5個團均不滿編，卻也有一萬七千人左右。此外，俄軍還在步兵部隊兩翼和側後展開了5個騎兵團大約4000名騎兵執行掩護和快速支援任務。俄軍當麵的華軍32旅經過10餘天作戰後，可用兵員不過8000人，且部署在前沿的兩個團一開始即遭俄軍炮火猛擊，戰鬥力遭到嚴重削減。
眼看著形勢驟變，一直呆在前沿觀看32旅實施佯攻作戰的野戰軍參謀長趙民河中將立即策馬趕往己方主陣地線後方2公裏外的第11師師部，找到師長鄭虹少將，劈頭就道：“快派出預備隊，敵軍重兵攻過來了。”
鄭虹指了指身邊氣喘籲籲的一名參謀官：“下官已經知道了，我正想去前麵親眼看個明白，再做決斷……”
“我已經看明白了，現在我們一起去前麵，不過要立即命令31旅動起來，還要發電報給司令部，讓他們調撥援兵。”
“是，我這就去辦。”
當趙民河攜鄭虹來到距離前線主陣地幾百碼外的一處小坡上時，兩人清楚地看到了一股股人流從要塞的前沿陣地中湧了出來，在原野上散開成散兵線，一點點，一片片，一股股，向兩人所在之處逼近。
“轟隆”一聲，一發炮彈打在趙民河前邊十幾碼外，灰土落了趙民河等人滿頭滿臉，一名隨行參謀官小腿被彈片擊中，被鄭虹囑令趕回司令部包紮。
接連又有三四發炮彈打在附近，鄭虹緊張起來：“參謀長，這裏太危險，還是回師部去吧。”
趙民河看看前麵遠方，又轉頭看看後麵的樹林，樹林後即是司令部所在。
他點點頭：“這裏危險的話，就換個地方，但暫時還不要回師部，我們再到別的地方看看，敵人剛剛開始動作，形勢還不大明朗，我們看清楚了才好組織反擊。對了，發電報請求空中支援了嗎？”
“已經發了，不知道什麽時候可以來。”
趙民河拍拍馬頭，舉起馬鞭向更接近陣地一處矮坡指去：“希望他們趕快點吧，好了，我們往那邊去看看，不知道32旅能頂多久。”
“32旅頂得住的，我敢打包票。”鄭虹說道。
“看看再說吧。”
趙民河雙腿夾了夾馬肚子，馬鞭一抽，衝下土坡，鄭虹等人跟在後麵一溜而下。一分鍾後，一發炮彈正好擊中趙民河的立馬之處，無意間回首望見此景的鄭虹不由倒吸一口冷氣。
此時，華軍布置在隱蔽掩體中的團屬、營屬輕型火炮開始向俄軍步兵轟擊，配備了精密瞄準具的華軍狙擊手以精準火力瘋狂屠殺俄軍領頭軍官，輕重機槍也斷斷續續地發言起來，俄軍打頭的幾個營遭到嚴重殺傷，但俄軍的凶猛炮火逐漸將華軍步兵的抵抗壓製了下去。俄軍步兵步步逼近，奪取了若幹前哨據點，又向華軍主陣地線壓過去，眼看俄兵越衝越近，最前麵的人將要踏上主陣地線的戰壕邊緣，忽然幾排槍彈急促發來，掃倒一片俄兵，原來是作為32旅預備隊的96團已然趕到，以營連為單位，補進了戰線中，暫時遏製了俄軍的前進勢頭。
俄軍當然不肯罷休，仗著兵力雄厚，加緊攻擊，炮火猛洗華軍陣線，槍彈亂飛如蝗，遠東第6師師長納英傑少將親率本部3個團在戰線南段猛攻，付出巨大代價後，突破了華軍94團陣地，西伯利亞第6騎兵師師長米辛科少將立即率本部4個團3200名騎兵從突破口中迅速穿出，向華軍後方地域的炮兵陣地、後勤倉庫和司令部席卷而去。
趙民河把這一幕著實看在眼裏，料到事情不妙，心急如焚，就要率身邊的警衛隊去阻擋俄軍，諸衛兵當然不允，旁邊鄭虹更是好言相勸，與眾人一起挾持著趙民河，退向師部。跑到半路，斜刺裏殺出數十俄國騎兵，在頭頂上旋舞著馬刀衝殺過來，警衛隊舉槍攔射，擊倒數騎，餘者蜂擁而近，趙民河與鄭虹亦拔出隨身左輪槍，連扣扳機，打落好幾名敵兵。然而敵兵人多勢眾，呼嘯而至，眨眼間戰鬥已轉為近身肉搏，刀飛血舞，馬嘶人號，不一時，十來名警衛員隻剩下三四人尚在馬背上，隨行的參謀官全部落馬，趙民河與鄭虹亦不得不抽出指揮刀與敵拚殺，然而幾番砍殺，敵兵還有二三十騎，己方戰士卻幾近全滅。趙民河不由大叫一聲：“天欲葬我於此乎！”
俄兵也不知他叫的什麽，揚鞭策馬，圍聚過來砍殺他，那邊鄭虹鄭師長，見形勢危急，衝過去在趙民河馬後狠抽一鞭，隻把自己擋在了敵兵麵前。趙民河的戰馬嘶叫一聲，竄出敵陣，向北奔去，趙民河轉頭一看，卻見鄭虹被敵兵圍殺，遂調轉馬頭，又揮刀過去助戰，連著砍殺了兩名敵兵，不料一彈襲來，正中趙中將左肩，手一軟，鬆開韁繩，落下馬來。鄭虹見狀便急著過去援救，一分心，被一名敵兵砍中右臂，馬刀失手而落，眼看手無寸鐵，將束手就擒。忽地一陣槍彈，撂倒十數俄兵，殘餘幾個俄兵大為驚慌，回身要逃，卻被大隊華軍騎兵堵住後路，盡數就戮。
鄭虹仔細看去，及時趕來救援的乃是師部的騎兵偵察營，那營長王濤此時收了左輪槍，策馬過來敬禮。鄭虹誇讚他兩聲，便要他派人為中彈跌落地上的趙民河裹傷。王濤喚過兩名衛生員，分別為趙民河與鄭虹包紮傷口，又報告道：“31旅的91團已經在師部布置好防禦，92團已趕去保護炮兵陣地，93團正在趕來，師長不必擔心，且先隨我等返回師部。”
鄭虹點頭道：“就如你所言，要照顧好趙參謀長。”
那邊趙民河聽到，回他一聲：“鄭師長，我沒事，這就上馬。”
“那我就放心了，我們現在就回師部，再做打算吧。”
“沒問題。”
一行人快馬加鞭，奔到師部，31旅旅長潘旋準將馬上迎過來，先謝罪一番，鄭虹讓他不必在意，便先問他31旅情況。
“敵大隊騎兵剛剛向師部發動衝擊，已被91團的步兵和旅屬炮兵擊退，重炮陣地那邊有92團防衛，想必也無大礙，93團正在趕來，應該馬上就到。”
說話間，數顆炮彈在師部帳篷附近炸開，想必是騎兵用的輕炮，沒有造成多大破壞。鄭虹立即出帳觀望，看到南邊大股俄軍騎兵正在編列作戰隊形，回頭對潘旅長道：“看來敵軍騎兵還要衝過來，頂得住嗎？”
“請放心吧，我都布置好了，來多少死多少。”
“但願如此。”
鄭虹放下望遠鏡，卻見趙民河已裹好傷口，走近過來，心中愧疚，摘下軍帽，低頭向他謝罪道：“參謀長，我無能，剛剛還打包票說沒問題，可是眼睜睜就看著32旅被打垮了……”
趙民河耷拉著左臂，搖頭寬慰他道：“這不是你的問題，主要是軍部沒有把形勢弄清楚，另外，俄軍竟然能投入如此多的兵力來發動進攻，說明了一個問題。”
鄭虹抬起頭，疑惑地“哦”了一聲。
“俄軍第5師要守住綏芬河東岸，其對麵有日軍的第2師團，由於戰線長達數十公裏，第5師不可能分出身來加入雙城子方麵的進攻作戰。根據事先的情報，俄軍也沒有其他野戰預備隊。這樣說來，俄軍能投入這麽多兵力來進攻這邊，一定是把新沙赫京斯基的第3師調了過來。”
“可是13師外加33旅不是正在進攻新沙赫京斯基嗎？”
趙民河一拳打在帳篷的支杆上：“我們中了敵人的金蟬脫殼之計了。第3師一定是連夜秘密撤到雙城子要塞，天亮後立即投入進攻作戰，而留在新沙赫京斯基的不過是少量後衛兵力而已。”
鄭虹咽了口唾沫，低聲道：“那麽，現在該怎麽辦？32旅可能已經陷入崩潰狀態，如果重炮陣地又被敵軍掃蕩的話，以31旅的兵力還是不足以抵擋敵軍3個師的進攻哪。”
“快向軍部發電，告訴他們，敵軍第3師已在雙城子，請將主力部隊轉來雙城子支援11師……算了，我來擬電文好了。”
鄭虹點點頭：“由趙參謀長來告訴陳司令官的話，再好不過了。”
當趙民河的求援電送至陳星雲的辦公桌前時，陳星雲正在看13師師部發來的電文，上麵盡是我軍進攻順利，敵軍不堪一擊，紛紛棄陣逃散之類的辭句。
看到副官送來電文，陳星雲問道：“誰發來的。”
“11師師部發來的，署名是第3軍參謀長趙。”
陳星雲若有所思地點點頭，把電文取過來，隻見上麵寫著：“第3軍司令官陳鑒，前11師已發出求援電報，未獲答複，不知為何，今32旅陣線已被俄軍突破，11師師部已成前線，且發現當麵之敵番號中含有遠東第3師，可推測新沙赫京斯基已實乃空城，無須重兵圍攻，請即調可快速運動之部隊，趕來支援11師，形勢危切，險象環生，稍若拖延，恐成大禍！”
陳星雲皺眉自言道：“真是如此嗎？恐怕是敵軍的詭計也不說不定，11師不會差勁到一擊即潰吧，先派飛機去看看好了，還是先拿下新沙赫京斯基比較穩妥些……”
這麽想著，陳星雲立即讓參謀擬了一份命令，讓野戰軍直屬航空浮空集群派出“所有可攜帶武器的飛行器”到雙城子一帶，查明戰場狀況，並支援地麵作戰。
回複趙民河的電文則是：“第3軍參謀長趙鑒，軍司令部正派出飛行部隊前往支援並查明狀況，現新沙赫京斯基方麵戰事已開，臨時於戰線上調撥部隊甚為不便，擬派出預備34師之102旅前往支援，3到4小時後該部即可抵達，若狀況實在危急，司令部可再做打算，請協助11師鄭師長指揮部隊就地防禦……”
一看到這回複電文，趙民河大怒，將電文擲於地上，恨恨道：“好個陳宇晴，完全不把我的話當回事，罷了罷了，今天我便戰死此地，以謝武威公知遇之恩！”
鄭虹於旁勸道：“長官請息怒，司令官也沒說不派出援軍，飛行部隊的話很快就能抵達，而我手中尚有三個團可用，抵擋一陣應不成問題，必可保長官無恙。”
趙民河吐口氣，憤憤道：“幾架破飛機，有何用處！”
這時前麵有參謀官報告，敵軍騎兵已衝擊過來，鄭虹忙趨前觀望，果見大股俄軍騎兵如潮水般湧來，卻當頭中了一陣炮火，煙火爆裂，骨肉飛離，俄軍隊形稍亂，卻仍不顧一切向前猛衝。
“的確勇猛異常，可惜這等時代，騎兵正麵衝擊設防陣地已是無用。”
趙民河評道，雖然受了傷，又被陳星雲的電文激怒，可一麵對到實際問題，他還是能保持清醒的頭腦。
在距華軍陣地1000到200碼的距離上，俄軍騎兵被華軍數十挺輕重機槍如割麥般一茬茬掃倒，在後擔負火力支援任務的騎兵炮兵和機槍隊也被華軍準確的迫擊炮火力打得一塌糊塗，攻擊徹底失敗，俄軍遺屍千餘，參與衝擊的騎兵無一逃回。
清醒過來的俄軍開始將輕炮兵陣地向前移動，並將重炮火力向前延伸，40公斤的152毫米重炮彈開始頻頻落到華軍陣地上。而華軍的重炮也沒有閑著，在校射氣球和飛艇引導下，數十門150和105毫米大炮集中起來猛轟脫離了堅固陣地的俄軍輕炮兵，輕榴彈炮和野戰炮則向接近的俄軍步兵猛烈開火，挫敗了俄軍第一攻擊波進一步擴大戰果的企圖，俄軍第一攻擊波的殘部被迫退到有掩護的地帶，等待後援。華軍32旅的殘餘部隊乘機脫離了與敵人的接觸，分批撤出陣地，向師部和重炮陣地一帶集結，除94團已被重創，基本失去戰鬥力外，32旅的另外兩個團尚有半數以上的連隊可以正常執行作戰任務，但該旅已喪失了大部分的旅屬火炮和半數左右的團屬火炮。
12時30分左右，31旅的93團趕到師部，鄭虹命該團隱蔽集結在91團陣地後的樹林中，作為反擊用的預備隊。鄭虹剛下完命令，便聽得空中嗡嗡作響，原來飛行部隊已然抵達，密密地一團，大約二十來架。
“把老底全甩出來了呀，可以嘛。”
鄭虹望天歎道。
第3野戰軍配屬的航空浮空集群編有38架飛機和8艘飛艇，包括10架fjz-2“旋風”單座偵察機，10架fjz-3“滄風”單座偵察機，10架fjz-4“火風”雙座偵察機，4架fjzl-5“大風”雙座偵察機和4架fjqh-1j“晴風j”偵察校射機，偵察飛艇和校射飛艇各4艘。開戰以來，已有2架“旋風”和1架“火風”因事故墜毀。21日早上，已派出了大部分可用的飛機去支援新沙赫京斯基方麵的作戰，這些飛機剛剛降落，就接到命令要轉去雙城子方麵支援作戰。在集群編配的飛機中，隻有雙座的“火風”機有後射機槍架，並有可裝16枚手榴彈的專用彈架，其餘飛機原本並沒有任何武裝，可是在實際運用中，飛行部隊卻在“旋風”和“滄風”機上裝配了自製的手榴彈掛架，使這兩種單座機也擁有了對地麵暴露敵軍的攻擊能力，另外，4架“大風”雙座偵察聯絡機也被擅自安上機槍和手榴彈掛架，以執行對地支援任務。當天12時左右抵達雙城子附近空域的華軍飛行部隊包括8架“火風”、6架“滄風”、4架“大風”和4架“旋風”，此時正值俄軍第2攻擊波冒著華軍炮火，合同第一攻擊波殘部向華軍倉促設立的第二防線挺進，第3攻擊波也剛剛進入出發陣地，準備隨時跟進支援。華軍飛機當然沒有袖手旁觀，配備有機槍的“火風”和“大風”陸續向前進中的俄軍散兵線俯衝，拉起時由後座觀察員投下手榴彈，並以機槍向敵掃射，單座的“滄風”和“旋風”沒有機槍，隻能單純以手榴彈攻擊。飛行部隊的攻擊嚴重挫傷了俄軍的士氣，俄軍官兵見到飛機衝來紛紛臥倒，但這並不妨礙飛機上的機槍發揮效力，俄兵發現在開闊地上臥倒仍然會被從天而降的子彈打中，於是開始尋找飛機“看”不到的樹林，但戰場上幾經炮火洗劫，幾乎已不存在什麽可以躲避飛機攻擊的樹林，部分絕望的俄兵不顧軍官的攔阻，紛紛向後潰散。
鄭虹遠遠望見這一幕，興奮地叫起來：“參謀長，敵人的陣線動搖了！”
趙民河在旁看得清楚，心想自己竟低估了飛機的作用，點頭道：“我看到了，趁這時候，派預備隊上吧，但不能隻派一個團，把91團的陣地留給32旅的殘餘部隊，讓91團和93團一起從右邊插過去，把原來的陣地奪回來。重炮兵要對敵軍出發陣地實施攔阻射擊，阻止敵軍投入預備隊，野戰平射炮要向前推進，盡可能在近距離上強擊敵陣地，輕榴彈炮集中轟擊移動中的敵軍步兵，盡可能多地殺傷敵有生力量……”
“是！我馬上就去布置。”
“記住，奪回陣地就好，不要追太遠。”
“明白！”
在重炮的咆哮聲中，31旅的91、93團衝出陣地，向已經發生動搖的俄軍進攻部隊發起反擊，華軍的反攻並沒有向俄軍那樣展開成寬大的散兵線推進，而是以機槍、迫擊炮為中心，散兵縱隊借助掩蔽地形一段一段躍進的火力機動，每次躍進三四百碼，然後停下來展開火力攻擊，壓製敵方火力後再繼續推進。華軍的75毫米野戰平射炮則隨同部隊推進，以強力的近迫火力猛擊部分躲進戰壕中的俄步兵，華軍榴彈炮兵的凶狠火力則限製了俄軍各部隊的機動，使其無法相互支援，重炮兵在俄軍出發陣地前打出一道密織的火牆，使敵擔任第3攻擊波兼預備隊的兩個團無法向前支援。由著炮兵和飛機的支援，31旅的兩個團集中向敵陣線的南段發起突進，那裏的俄軍由遠東第6師師長納英傑少將指揮，名義上包含3個步兵團，實際上已在先前的進攻中被嚴重削弱，而且跟隨步兵推進的三個輕炮兵連在移動過程中全被華軍重炮摧毀，此外俄軍步兵還嚴重缺乏彈藥。在戰線最南端的遠東第22團遭到華軍91團猛攻，傷亡慘重，被逐出了陣地，91團隨後分兵往北支援93團作戰，將士氣衰落的俄軍遠東21和23團一舉擊退，其中21團丟棄了所有的機槍，因為“……沒有子彈，毫無用處……”
此時，俄軍左翼已遭突破，但華軍已沒有預備隊可用，難以擴張戰果，反而遭到俄軍戰線中段由遠東第4師師長德米特列夫斯基少將指揮的3個步兵團（第14、15和16團）的壓擊，納英傑少將的部隊在退卻一陣後，又迅速反撲回來，華軍91、93團麵臨著敵人六個團的夾擊。這時在俄軍戰線北段，由遠東第3師師長赫沃斯托夫少將指揮的兩個團（第9和第11團）正從側麵攻擊華軍的重炮陣地，並企圖迂回到華軍11師師部之後，11師師長鄭虹少將被迫將剩下的大部分兵力用來抵抗俄軍遠東第3師的進攻，無暇顧及91和93團。
擅離崗位、在前線遊蕩的第3野戰軍參謀長趙民河中將這時有點急了：“這樣下去91和93團很可能被吃掉，趕快撤回來！敵人太過堅韌，我軍暫時兵力不足，反擊太勉強了，先守住吧！”
鄭虹忙著調遣部隊去防衛重炮陣地，好不容易喘口氣，又被責令撤回攻擊部隊，不由得沮喪起來，有氣無力地喚來傳令兵，準備下命令。
忽然一名騎兵在師部帳篷前勒住馬，問誰是師長，鄭虹叫一聲“我就是”，將那騎兵喚了過來，原來是騎兵第五旅第13團派來的聯絡官。
據聯絡官所言，騎兵13團已奉軍部之命趕到此處之西二裏外，隨時可供調遣。
鄭虹心中一喜，即叫那傳令兵把他們團長叫來，那團長到後，便如此交代一番，又將師屬騎兵偵察營交給他指揮，團長欣然領命，率部殺將出去，卻不正麵突進敵陣，乃從91團現駐陣地之後繞出，穿過一片樹林，向俄軍整個戰線最南端上的步兵22團陣線之側翼發起衝擊。隻見2000名騎兵分成三層展開，呐喊衝鋒，聲勢駭人。俄軍22團先前已被華軍步兵91團打退一次，兵力薄弱，士氣更衰，忽然又被大隊騎兵從側麵衝殺，自然抵抗不住，大舉潰退起來，被華軍騎兵以馬刀砍殺無算。騎兵13團即破敵22團陣地，又馬不停蹄繞向俄軍21團之後，一舉擊潰21團，俘獲遠東第6師師長納英傑少將及其手下旅長巴拉耶夫少將。
華軍91團適時殺出陣地，與騎兵13團相配合，向當麵的俄軍23團發動突擊，打垮該團後，即向俄軍遠東第4師背後迂回。
遠東第4師師長德米特列夫斯基少將及時發現了華軍的異常動作，下令所屬3個步兵團立即後撤，並派出了配屬的第24騎兵團向華軍衝擊以掩護撤退，俄軍騎兵猛衝華軍騎兵，雙方混戰一場，華軍步兵又趕來助戰，俄軍24騎兵團自團長以下800餘人幾乎全部覆沒，非戰死即被俘，竟無人逃竄（實際上是無可逃竄）。俄軍騎兵的自殺性衝擊使第4師得以較為順利地撤出戰場，雖然在撤退過程中，該師被重炮猛擊，損失不小，師長德米特列夫斯基少將亦受重傷，然而畢竟各團並未崩潰，建製單位基本保存。
第4師既已撤退，正在戰線北段猛攻華軍重炮陣地的第3師之第9、11團受到華軍兩麵壓迫，隻好撤退，華軍未予追擊。當日雙城子方麵戰鬥就此停熄，時為下午5點鍾，一小時後，預備步兵34師之102旅趕到，替下了已失去攻擊力的32旅，改隸11師編成內。隨後，33旅亦於當日黃昏趕回，返歸11師指揮，鄭虹少將手中總算有了3個可用之旅。
當日新沙赫京斯基方麵的戰鬥乏善可陳，華軍13師的3個旅在兩百門大炮猛轟2小時後，小心翼翼地突入俄軍陣地，隻被俄軍少量後衛部隊阻攔，一陣交火後，俄兵立即遁走，華軍大隊不明究竟，反而又召喚炮火轟炸，結果打打停停，遲至16時才告完全占領新沙赫京斯基，斃敵246名，俘敵217名，付出的代價是35人陣亡和87人負傷，其中三分之一的傷亡還是由於己方火力誤炸造成的。負責切斷新沙赫京斯基與雙城子之間聯係的33旅在作戰過程中，陣亡44人，傷126人，斃敵129人，俘敵71人。
當日雙方的鏖戰焦點在雙城子方麵，華軍11師和俄軍的3個師都受到了不同程度的損傷，華軍11師的32旅受創最重，全旅當日參戰的8000人中陣亡1291名，傷2757名，失蹤615名，也就是說，損失了半數以上人員（4663名），無法再實施進攻作戰，不得不撤回後方地域休整。33旅當日有大約8500人參戰，陣亡638名，傷1957名，失蹤278名，大約三分之一的人員損失（2873名），勉強可留在前線作為守備部隊。師部、師屬騎炮兵方麵也有不少損失，合計陣亡87名，傷215名。騎兵13團是為當日戰鬥中最為關鍵的力量，該團從敵軍側麵發起的衝擊直接促成已將戰鬥力發揮到臨界點的俄軍第6師進攻部隊崩潰，隨後引發了俄軍其餘部隊的撤退，但該團的損失亦不小，參戰的大約1600名官兵中陣亡287名，傷512名，損失近半，戰鬥結束後亦退回後方地域接受整補。此外，還損失了34門團以上火炮（被俘、被毀）。
根據戰後公布的資料，當日俄軍第6師遭到了“無法承受”的損失，這個原本作為遠東第一集團軍總預備隊的師經過七小時戰鬥後，直接參戰的3個步兵團均傷亡過半，3個炮兵連被徹底摧毀，合計陣亡2251名，傷4109名，失蹤863名（多為被俘），人員損失達到7223人，而這個師的總兵力不過18000人。俄軍第4師由於騎兵24團的自殺性衝擊的掩護而得以順利退回陣地，但在整個作戰過程中仍然傷亡慘重，合計陣亡1297名，傷2874名，失蹤901名，人員損失達5072人。俄軍第3師由於處於助攻位置上，且隻派出兩個步兵團直接參戰，損失較小，但也有506人陣亡，1334人負傷，112人失蹤，合計損失1952人。騎兵方麵的損失更為慘重，參戰的5個騎兵團中，3個團全滅，1個團重創，共有3128人陣亡和失蹤。俄軍炮兵、工兵和要塞駐防部隊也在華軍猛烈的炮擊中遭受了損失，181人陣亡，349人負傷。由於華軍擁有空中校射手段的重炮的精準打擊，俄軍損失了不少火炮，僅全滅的炮兵連就有4個，共有67門火炮被打壞或擊毀。
相較之下，21日雙城子戰鬥中，華軍人員總共損失8673名，俄軍則損失17905名，就物質方麵而言，俄軍損失較重，但俄軍成功施展金蟬脫殼、聲東擊西的連環計策，在局部集中優勢兵力對華軍發動反擊，予華軍沉重打擊，打亂了華軍第3野戰軍的總體計劃，延緩了第3野戰軍對雙城子要塞的攻擊。
“……從精神意義上來說，這場戰鬥凸顯了俄國軍隊的決心和勇氣，鼓舞了軍民的戰鬥意誌，改善了我軍的內部形勢……”
――斯特塞爾，《司令官筆記》。