下午2点，两路人民军对日军的沙岭堡主阵地发动了进攻。
尽管土屋春光还想拼死抵抗，但这个时候日军的大势已去，不可挽回。人民军首先集中火力，以18门牵引炮和2门自行火炮为核心，对日军的阵地进行猛烈火炮打击，随后其他各火炮也都纷纷开火，在短短20分钟内，向日军的阵地倾泄了20o0余发各种炮弹，几乎将整个日军的阵地全部都覆盖了一遍，而日军构筑的防御工事也被催毁了大半。
随后人民军向沙岭堡发动进攻，日军虽然拼死抵抗，有不少日兵甚致选择和人民军的士兵同归于尽来阻止人民军的进攻，但还是难以阻止阵地一点一点的被人民军攻占，各个要点也一个一个的被人民军攻克，日军的阵地逐步的减少。战斗进行到下午4点钟的时候，冒千的阵地己被人民军压缩到不足两成，土屋光春见战局的大势已定，只得下令从阵地撤退，向东北方向转移。
日军在撤退的过程中，又遭到了人民军的追击，结果损失惨重。而且还有几个阵地的日军撤退不及，被人民军包围，不是被人民军全歼，就是被俘虏。到傍晚6点15分的时候，战斗基本结束，人民军完全占领沙岭堡。
整个战斗持序了两天的时间，人民军取得了全面的胜利，也彻底摆脱了两面夹击的不利局面。
其实就在人民军集中兵力，全力进攻沙岭堡的时候，日军也同样集结军队，向辽中进攻。这一次进攻，日军共计聚集了一个师，三个旅，一个骑兵联队，以及辽中失守以后，将败军重新整编的一个联队，总计兵力达4.2万左右。
而主将仍然是第四军团的司令官野津道贯大将。因为在日本陆军的诸将当中，野津道贯是比较有能力，并且资历深原的将军之一，满洲军司令大山岩认为还是应该在给野津道贯一次证明自己的机会，而且这时旅顺的局势已经恶化，乃木希典都已经做好了殉国的准备，而日军要挽回目前的局面，那么辽河这一战就必须打赢，只有将人民军堵在辽河西岸，日军才有余力聚集兵力，去收复旅顺。