八路軍主力在殲滅了支援沈陽的兩路日軍之後，随即開始布置收複沈陽的戰役。
此時經過進一步的增兵，在沈陽附近的八路軍主力已經增加到了六十多萬人，在八路軍總部的協調指揮下，八路軍分出大約十萬兵力，于海城一線布防，防止遼東半島的日軍再次北上支援沈陽，令以數萬兵力在黑山，台安，遼中等地布防，防止錦州，至山海關一線之日軍支援沈陽。
其實當時從錦州到山海關一線，日本關東軍隻剩下不足一個師團的兵力，勉強可以自保，根本沒有進攻之力。而在關内，就在八路軍大舉反攻東北之時，山西和河南的中國軍隊，包括中央軍，晉綏軍等部，也集結了近百萬大軍，對河北和河南北部發動了猛烈的反攻，于此同時山東的八路軍也趁機對山東日軍發動了适當的攻勢。
面對着中國軍隊的大舉反攻，華北派遣軍方面也隻能勉強自保，根本無力支援東北。如此一來，我軍收複沈陽的時機已經成熟。
于此同時八路軍總部方面也沒有忘記，被圍困了長達一個多月的長春，于是派出十萬大軍北上，協助八路軍第七縱隊圍困長春的部隊，準備進攻長春城。
即便如此，沈陽附近剩下的主力部隊，仍然多達四十萬人左右。經過三天的準備之後，八路軍随即下令對沈陽發動全面進攻。我四十萬八路軍主力，從四個方向，分别對沈陽城發動了猛烈的進攻。
李國韬奉命率領第七縱隊之新編第一師，新編第二師，獨立第三師，裝甲師四個師的兵力，負責從東面對沈陽發動反攻。
李國韬親臨前線指揮戰鬥，第七縱隊攻勢迅猛，僅僅隻用了一天的時間，沈陽城複廓陣地便全部被我軍成功突破，城外的日軍一敗塗地，狼狽不堪的逃回了沈陽城内。
如此，沈陽城東門完全暴露在了八路軍的進攻範圍之内。到了戰鬥開始的第二天，第七縱隊炮兵師，及各師炮兵團集中各型火炮一千多門，猛轟沈陽東門，于此同時八路軍空軍出動四十餘架飛機，對沈陽東城牆狂轟濫炸，經過長達三個小時的炮火準備後，沈陽東城日軍的城防工事基本被摧毀殆盡，多處城牆被炸塌。沈陽城久遊歸來的遊子一樣，對祖國母親敞開了懷抱。
前沿陣地上，李國韬舉着望遠鏡，觀察着沈陽城方向，心情也忍不住一陣激動。終于李國韬放下了望遠鏡，一臉嚴肅的大聲命令道：“命令各部隊，立刻發動全線進攻，沖進沈陽城，全殲日寇，收複沈陽！”
“是！”馬振國恭敬的應了一聲，随即命令作戰參謀連忙将命令傳達了下去。
“滴滴答答……”嘹亮的沖鋒号角驟然響起，幾十面鮮豔的戰旗突然出現在了八路軍的陣地上，引領着成千上萬的八路軍戰士，大聲怒吼着沖向了沈陽城。
“殺呀！”英勇的八路軍戰士們紛紛發出一聲聲怒吼，喊殺震天，氣勢如虹。
“轟隆隆~！”劇烈的馬達轟鳴聲中，上百輛坦克和裝甲車，晃動着笨重的身軀開出了陣地，掩護着後面大量的步兵戰士，向着沈陽城殺了過去。厚重的履帶，碾過地面，使得整片大地都微微顫抖了起來，仿佛地震了一般，穿過彌漫的硝煙，慢慢的向着沈陽城靠近了過去。
“射擊~！快快滴射擊~！擋住這些可惡的支那人，一定要擋住他們！”一名鬼子少将站在殘破不全的城頭上，揮舞着手中的指揮刀，聲嘶力竭的大聲吼叫道。
城牆上殘存的小鬼子們，接到命令之後，紛紛湧上了陣地，舉起手裏的槍，開始對着城外的八路軍開槍射擊，企圖阻止八路軍攻入城内。
沈陽城已經被團團包圍了起來，城内的小鬼子也就成了甕中之鼈，根本無處可逃，小鬼子們抱着必死的心态，抵抗倒是十分的頑強。
然而八路軍的攻勢也是異常的猛烈，坦克和裝甲車上的車載機槍，開始對着城牆上的小鬼子瘋狂的掃射了起來，于此同時布置在距離城牆隻有幾百米的機槍陣地，也是火力全開，密集的彈雨如同雨點一般****在城牆之上，壓制着城牆上小鬼子的火力。
坦克炮塔緩緩的轉動着，不停的尋找目标，開炮清除城牆上的鬼子火力點，一聲聲劇烈的爆炸聲響起，城牆上不斷有小鬼子被炸的飛下城牆，摔成了一團肉泥。
小鬼子的火力也變的越來越弱，八路軍戰士們趁着這個機會，不斷的向着城牆挺進着。雖然城牆上仍然不斷的飄下一片片彈雨，許多英勇的士兵倒在了沖鋒的道路上，然而戰士們沒有絲毫的畏懼，仍然義無反顧的向前沖鋒着。
終于一支英勇的部隊，率先通過一個城牆缺口，殺入了城内。一面鮮豔的紅旗被插在了缺口上，迎風招展，引領者更多的八路軍戰士從這裏殺入了城内。
随着殺入城内的八路軍戰士越來越多，小鬼子再也無法擋住八路軍兇猛的攻勢，東城的城防工事徹底被突破。成千上萬的八路軍戰士們，趁機一舉殺入了沈陽城内。
前沿觀察哨裏的李國韬，通過望遠鏡看到這一幕之後，忍不住興奮的叫了起來：“太好了！命令各部隊，繼續加強攻勢，盡快将城内的殘敵清剿幹淨，收複整個沈陽城。”
雖然八路軍第七縱隊成功的突破了城防工事，但是戰鬥遠沒有結束，瘋狂的小鬼子仍然堅守在城内的各個戰略要點，拼死抵抗着八路軍的進攻，但不過是垂死掙紮罷了。一場慘烈的巷戰就此爆發了，戰鬥變的更爲的慘烈血腥，大量的八路軍戰士爲此付出了寶貴的生命，然而爲了驅逐日寇，保衛自己的祖國，他們無怨無悔。
八路軍在東城取得了突破性的進展，也有利的支援了其他方向的八路軍部隊，很快城北，城南的城防工事也先後被突破了。超過十萬八路軍湧入了沈陽城内，與城内的小鬼子展開了殊死的搏殺，至此收複沈陽城已經僅僅隻是時間問題了。