當天下午，裝甲師和騎兵師便趕回了本溪，李國韜隨即親自率領這兩個師的部隊，向遼陽以北地區迂迴。
此時從瀋陽出擊的小鬼子猛攻遼陽不下，又不肯就此放棄，知道李國韜率領裝甲師和騎兵師趕到，小鬼子後方遭到威脅，才被迫下令撤退。
這時駐守遼陽的八路軍部隊，趁機對小鬼子發動了反攻，在第七縱隊的協助下，一舉擊潰日軍。從瀋陽出擊的日軍，先後損失了將近兩萬人，殘兵敗退回了瀋陽，閉城不出。
於此同時，日軍在海城取得了突破性進展，八路軍海城防線被日軍成功突破。八路軍被迫放棄了海城，向北撤退到了鞍山。
小鬼子趁勢一舉佔領了海城，隨後繼續向北挺進，逼近鞍山。
李國韜得到訊息後，隨即率領只休整了幾個小時的裝甲師和騎兵師南下鞍山，協助鞍山守軍，抵抗鬼子的進攻。
由於從瀋陽出擊的小鬼子已經被擊潰，八路軍總部根據戰場形勢，隨即從遼陽調集部分部隊支援鞍山，並準備對進犯鞍山之敵發動反攻。
於此同時李國韜也接到了總部關於發動反攻的計劃，於是按照命令，裝甲師和騎兵師集結於鞍山以北地區休整待命，準備發動反攻。
這時候八路軍總部方面接到了訊息，又有一股小鬼子從遼東半島登陸了，同時日本國內也在積極調派更多的部隊，隨時準備支援東北地區。
於是八路軍總部準備儘快發動總攻，第七縱隊的裝甲師和騎兵師只來得及休整了半天，就直接投入到了戰鬥之中。新編第一師更是剛剛趕到鞍山前線，也直接投入到了對日軍的反攻之中。
第七縱隊裝甲師和騎兵師負責從右翼迂迴，同時八路軍總部出動了三個騎兵師從左翼迂迴包抄，順利切斷了鬼子的退路，將日軍兩個師團大約三萬餘兵力，團團包圍在了鞍山至海城周圍一帶。
隨後八路軍出動了將近二十萬大軍，猛烈進攻被包圍的小鬼子，戰鬥進行的異常順利，僅僅只用了不到一天的時間，被包圍的日軍便被一舉全殲。
於此同時從遼東半島剛剛登陸的小鬼子，剛剛趕到營口附近，得知前線日軍已經被全殲，這股小鬼子也就嚇得不敢再繼續北上了。堅守營口，等候後續援軍到達。
於此同時八路軍第七縱隊新編第四師攜大勝之勢，順利收復了鳳城，並繼續向丹東方向挺進。
小磯國昭連忙從朝鮮再次調集了一個混成旅團的兵力，死守丹東，阻止八路軍進攻朝鮮。其實八路軍暫時也沒有進攻朝鮮的意圖，新編第四師在抵近丹東附近時，便停止了前進。