9月21日。
总攻开始。
抗联集中了前所未有的强大炮火，包括上百门重炮和大量迫击炮，对奉天外围的北大营、东塔机场、兵工厂、火车站等关键目标进行了长达数小时的饱和轰击。
炮火准备后，装甲部队引导步兵，从北、东、南三个方向同时发起强攻。
日军凭借坚固的街垒、楼房和地下工事顽抗，战斗异常残酷。
在进攻北大营时，抗联战士高喊为北大营的弟兄们报仇的口号，与日军逐屋争夺。
日军的反扑也极为疯狂，甚至组织肉弹抱着炸药包冲击抗联的坦克。
第一天，抗联付出相当代价，但成功突入城区，将日军分割成数块。
9月22日。
惨烈的巷战在奉天全城展开。
日军收缩至关东军司令部旧址、奉天警察署、大和旅馆等坚固建筑内负隅顽抗。
抗联则采取小群多路，爆破攻坚的战术，以战斗小组为单位，用炸药包、集束手榴弹、火箭筒、火焰喷射器逐个清除火力点。
城内部分伪满军和警察在抗联政治攻势和军事压力下倒戈或溃散。
日军指挥官秦彦三郎连连向长春关东军司令部和日本国内求援。
华北日军自身难保，朝鲜方向已被周保中部切断，空中通道在抗联强大的防空火力面前也不安全。
9月23日。
战斗进入最后阶段。
抗联攻占了大部分城区，日军残部被压缩在关东军司令部旧址及附近几个街区。
杨将军下令发起最后总攻。
重型火炮被推上前线，抵近直射，将一栋栋钢筋混凝土建筑轰成废墟。
下午三时，抗联战士终于冲进了那座曾策划九一八、奴役东北多年的魔窟，关东军司令部旧址。
在地下室里，发现了包括关东军副参谋长秦彦三郎少将、第2独立守备队司令官武藤信义少将、第29联队联队长平田幸弘大佐在内数十名日军将佐军官的尸体，大部分为自杀。
至此。
奉天攻坚战结束。
经三日血战，城内约三万日伪军被全歼，大量武器装备和物资被缴获。