就在日军攻占了布干维尔岛，彻底取得了对整个所罗门群岛的控制权，取得了对澳大利亚空袭前进基地的当天。三月十八日，抗联参战各部按照总部的规定，全部进抵制定作战地域。
十九日黄昏之前全体参战部队，除迂回部队正隐蔽从集结地西乌珠穆沁旗，向苏尼特左旗进攻出发地域运动之外，其余各部已经全部完全展开。所有的炮兵，已经全部进入作战地域。而负责对地实施支援的各个作战机群，已经做好随时起飞的准备。
三月二十日凌晨三时，按照计划此次会战首先在新京正北与通辽方向同时打响。随着铺天盖地的照明弹升空，从新京正面出击的装甲二师在密集的炮火，以及集中了抗联所有的一百六十部大功率对空探照灯，以高强度光线照射日军阵地的掩护之下。率先一马当先，从长岭一线向怀德、新京交界处的日军阵地发起攻击。
这一百六十部大功率探照灯，是几乎抽调了抗联所有的苏制和美制对空探照灯。凌晨三时发起大规模集群攻击，对于抗联来说无疑还是首次。为了保证进攻的顺利，以及夜间照明的问题，杨震想办法为中线攻击部队调集了一批探照灯。
杨震的意思很明显，就是利用这批探照灯发出的强烈光源，除了为攻击部队指明进攻方向之外。另外一个优点就是利用这批探照灯的强烈光照，刺痛当面日军一线部队的眼睛，使其只能采取盲射的办法，为攻击发起部队争取有利的战机。
这种战术虽然首次运用，但是却在实战之中起到了不小的效果。被强烈光线刺的无法睁开双眼的日军，只能瞎打盲射。突击部队遭受的损失，几乎可以忽略不计。新京东部战场上日军的第一道防线，在短短两个小时之内全线被突破。
同时从吉林、九台向伊通穿插的一个加强师，也在两个独立坦克团以及大量炮火的配合之下。激战至二十日中午，撕开了日军的防御阵地。在当面日军防线上，打开了三个突破口，正在向日军纵深阵地发展。
装甲二师与两个独立坦克团，犹如两把尖刀一样，从新京战场上日军两面侧翼向日军整体防御的纵深穿插过去。这两支部队的汇合点，在新京以南的公主岭。一旦这两支穿插部队汇合，整个新京战场上的日军所有兵力，都将被合围在新京周边。
而在新京战场打响的同一时间，通辽方向出击的部队，以装甲二旅一百二十辆坦克为先导，组成快速装甲机械化集群。从双辽强渡东辽河，向松辽平原发起进攻，直插中长铁路四平街一线。并以一部兵力，直逼战略要地三江口。
这支部队的主要任务就是进逼关东军司令部所在地四平街，截断关东军增援新京战场的通道。在新京以南构筑第二道封锁线，逼迫关东军提前调动预备队，彻底打乱关东军的作战计划。
在其他三个方向打响的同时，在新京北部正面王光宇亲自指挥三个整编步兵师，在两个一二二榴弹炮团，一个一二二火箭炮团，一个一五五榴弹炮团，以及总部直属重炮团的火力掩护。以及两个独立坦克营，以及一个独立坦克团配合之下。从正面对新京城内的日军，发起了全线攻击。
原本杨震是准备将用玛蒂尔达二型坦克组建的四个独立坦克营，都配属到新京正面。但是在陈翰章的要求之下，调了三个营到西线用于正面突破。这样一来，新京正面突击手段略有不足。
在苏联人转交的德制坦克到货，替换下装甲二师目前装备杂牌坦克之后。杨震用这些德国货替换下该师换装后剩余的三八T型坦克，加上五十辆十字军巡洋坦克，充实了三个独立坦克团中建制。
并将其中全部配备了三八T型坦克，以及少量BT快速坦克的独立一团，配备给了新京北突击集群。这么一弄下来，新京北突击集群中这个集群中的坦克数量，并不比其他的方向少。王光宇以坦克为先导，同时从新京北、西两个正面，向新京的日军守军发起攻击。并以一部兵力牵制新京以东之日军，彻底的截断新京至双阳公路，切断日军从东部增援新京的通道。
实际上前一阶段会战之中，抗联虽然没有能够彻底拿下新京这个日军统治东北的象征。但是通过苦战，已经将新京形成半包围。新京北部以新京环城公路为两军对峙线。以北是抗联的控制区，以南是关东军的控制区。
而在新京东面抗联的兵力，奢岭至兴隆山一线以东已经全部是抗联的控制区，日军只控制了新京至双阳公路以南地区。在西面抗联的兵锋已经直指兰家镇至范家屯一线，两军控制线以新京至怀德的公路线为分界。
只有南面公主岭方向，新京还保留着一条对外通道，可以与关东军保持联系。可以说新京已经三面受敌，处于一个半包围的态势。也就是说，在北面日军只控制了主城区。而在东西两面，日军只控制了近郊，以及至双阳、怀德公路以南的地域。
在这种态势之下，京城内的伪满各大机构，包括哪些牌位一样的满籍官员在内早就已经全部撤离。十余万日本侨民，除了所谓的在乡军人重新被征召进入现役之外。所有的老弱妇孺也全部撤离，通过铁路转运至南满。
所谓满籍人之中所有的技术工人、知识分子、学生，也全部被日军强行南迁。目前整个城内，只剩下二十余万在关东军眼中，除了肉盾之外几乎已经不再有任何利用价值，生活在最底层的普通百姓。原来曾经因为是伪满政治、军事、经济中心，而出现畸形繁华的新京城，已经大半成为一座空城。
经过数月的抢修，此时的新京城主城区，几乎整个都被关东军修建成为一所要塞。不仅市郊遍布了大大小小的明碉暗堡等工事群。就连城区内所有的地上建筑，全部改造成为工事。伪满八大部金碧辉煌的几座大楼，全部被改成了坚固的工事群。
临街的大大小小所有相连的建筑物，内部之间全部被打通。所有临街的除了留下射击孔之外，绝大部分的窗户全部被砌死。城区伊通河上的所有桥梁，都埋设上了炸药。主要的街道上，都布满了地雷。而新京守军的司令部，也迁移到伪满中央银行那座兼顾的地下储备室内。
经过改进后新京城的日军整体防守体系，可谓是相当的严密。但是其将大部分的城区居民都迁移，也让抗联少了许多的顾忌。上来便动用了上至二百四十毫米榴弹炮，下至大量七十五毫米山野炮的全部火力实施火力支援。
尽管二百四十毫米榴弹炮，目前只有战前从美国运来的一千枚，射程也相当的近。但是这种火炮的威力却是实打实，一炮下去半个街区都变成了一堆瓦砾。面对着这款自己制造的大威力榴弹炮，挨了一顿胖揍的日军却是无可奈何。
即便是在第一阶段会战之中屡次吃了大亏，但仍旧找不到合适的应对之策。再坚固的工事，也扛不住一发炮弹的轰击。在这种大威力的榴弹炮，以及大大小小上百门火炮的火力支援之下。北面发起的部队，进展速度相当的不慢。
经过一天的激战，北面发起攻击的部队。在坦克的掩护之下，经过反复争夺，先后拿下宽城子车站、第一国民高等学校、新京畜产兽医大学、宽城子警察署、高砂町等新京城北日军固守的要点。其中最坚固的宽城子车站、高砂町北部日军阵地，都是在二百四十毫米榴弹炮的火力轰击之下，在短时间之内顺利拿下的。
战至二十日黄昏，新京北正面的突击部队，已经相当一部分的兵力突入铁路线以南的新京主城区。在新京北城区，与日军展开激烈的巷战。而在城西的攻势，也逐次逼近了环城公路城西段。只有城东方向，因为日军的顽强抵抗，切断新京至双阳公路的战斗打成了胶着状。但第一天的进展，王光宇仍旧可以说是比较满意的。
尽管对抗联的装甲集群攻势，也与华北方面军一样有了一定的心理准备。但是整个新京战场的关东军，却依旧被从四个方向同时压过来的铺天盖地的坦克集群，打的是措手不及。尤其是怀德方向装甲二师采取的古怪战术，让日军几乎毫无准备。成为整个新京战场，第一面被突破的关东军防御地带。
关东军对抗联坦克数量的上判断，还停留在第一阶段会战之中。关东军从上到下就压根就没有想到过，抗联居然一下子会多出这么多的坦克。原本之前发现抗联通过铁路将大量的坦克向西输送，还以为祸水东移的关东军在心中还在暗自庆幸，抗联的装甲铁拳不会砸在自己身上。
尽管在战役打响之前，前沿各部队也多次听到坦克发动机的轰鸣声。甚至在新京以北的日军，已经清晰的看到抗联的坦克正在攻击发起地域移动。但对于关东军来说，抗联坦克部队的主力已经全部西进，剩下不多的坦克数量不过是皮毛而已，对新京战场上的关东军大军没有什么太大的威胁。
就算全部投入到一线作战，也不会对新京战场上有多少威胁。尽管吃了多次大亏的关东军，对来自抗联内部有限的情报，已经是相当不信任了。但战役打响之前，四洮铁路上西运的大量坦克，却是让他们被迷花了眼睛。
他们将更多的精力，都用来构筑防御步兵突击攻势的野战工事群上。而没有像华北方面军那样，固执的认为抗联会使用大量的坦克发起大范围的迂回穿插、分割战术，而那么拼命的想尽一切办法凑集反坦克火力。
反倒是在发现抗联大量坦克西运之后，将原来部署在新京周边战场，尤其是西面的反坦克火力，大部分调往了新京市区内。雷区的面积，也开始缩小。原本埋设的反坦克地雷，大部分都被重新起出来，送往了可能会遭受抗联坦克威胁的双辽一线。
