10日夜，延安來電催問戰況，得知城郊攻擊得手，甚慰。問敵我死傷情況，得知日僞軍死亡和重傷俘虜的多達三萬，輕傷不知道具體數量，我軍死傷不足五千，甚慰。
11日早晨六點，伊春飛機出動，在晨曦裏到達佳木斯。
日軍在城區有四個兵營，大片的城郊防禦工事。城外用火堆箭頭指明了日軍的軍營，幾家飛機分别轟炸了軍營。這一次轟炸大獲成功，部分日軍在軍營裏休息，部分士兵在吃飯，部分士兵離開軍營，奔赴防禦工事，轟炸正是時候。
伊春的航空炸彈不同，是空心裝藥的穿甲彈的改進版，彈小，覆蓋面大，穿透力強，本事用于打擊坦克集群的，如今用來轟炸工事營房，效果甚佳。
在戰後，專家們對這一次轟炸的效果進行評估，結果是，早晨飛機轟炸軍營，日軍死傷将近一萬人。
十幾架飛機轟炸完畢，集群離開，地面部隊開始進攻，不等日軍恢複陣地防禦，進攻部隊已經到達日軍陣地前沿了。
城郊的攻防大戰開始了。
僞軍軍營沒有轟炸，僅僅是投下了大量傳單，要他們拿着傳單投降。
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11日早晨八點牡丹江。
王仁志的牡丹江縱隊如今已經擴展到了三萬來人，吳富貴帶走了一萬，他這裏還有兩萬人。
王仁志向來喜歡動腦子，平日裏最注意隐蔽自己的實力，以至于牡丹江的日軍以爲他僅僅有兩三千人，放心地派兵援助佳木斯。
這些天，他雖然盯着牡丹江，腦子裏想的，眼睛裏看的卻是全局，不但看到了牡丹江的空檔，還看出，牡丹江有事，不論哪個方向都很難前來援助，而且拿下牡丹江，南北聯絡就暢通了，戰場的局面就變了。
王仁志早就把牡丹江的一切情況都偵察清楚，前幾天，牡丹江一火車一火車地運日本兵離開，城裏隻剩下不到兩千日軍和三千僞軍。攻打牡丹江，機會來了。
王仁志昨天夜裏就把請示電發給了小路，小路和其他人讨論，同意了。
延安知道牡丹江進攻提前，很吃驚，要求把情況迅速上報。
原來的計劃，是等佳木斯勝利以後，再聚集大部隊攻擊牡丹江。這就是集中兵力打殲滅戰，沒想到，王仁志提前行動了。
在等待延安的回電的時候，王仁志已經對牡丹江發動了進攻。攻擊從城西，城北，城南向城區進攻。首先攻擊的目标就是城市西北的火車站。這是王仁志的第一招。
在守城日軍全力在火車站附近和抗日聯軍作戰的時候，王仁志的第二招出動了。
城區裏的警察和僞軍一起起義，城防陣地裏的僞軍暴動，在軍官和地下黨的領導下向日軍的背後襲擊。日軍被打了個冷不防，很快，日軍的防線的支離破碎了。
緊接着，王仁志在牡丹江城其他幾個方向一起進攻，這幾個地方陣地還在，但裏面沒有足夠的日軍防守，隻要把堡壘炸掉，除掉裏面的機槍，就可以突破城防。
王仁志雖然把部隊分散在多個地點進攻，卻僅僅在一個地方布置了強大的火力：十幾個火箭彈發射架，十幾門大炮。一聲令下，炮彈從壓低的炮口打出。火箭彈從幾乎壓成水平角度的發射架發出。在短短的幾分鍾裏，城防撕開了一個寬達幾百米的口子，大部隊從這裏進城。
半個小時後，攻城部隊和起義部隊會師，由起義部隊帶領，從後側殺向其他城防工事。
很快，日軍因爲兵力少，不夠使用，除了火車站和幾個防禦陣地還在抵抗，其他地區已經被拿下，大部隊按照計劃，有的進城，有的回頭增援。
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中午十二點，延安回電，同意王仁志提前行動。
此時，王仁志已經攻破絕大多數城防，目前，隻有火車站和司令部兩個地方還在交火。下午兩點，火車站攻破，下午四點，司令部攻破。
四點十分，王仁志報捷電報發出，地下黨策動僞軍和警察起義，牡丹江光複，日軍死傷兩千人，隻有少數傷兵被俘，大量的日軍新兵不知道投降，糊裏糊塗地被打起義部隊死了。
四點三十分，關東軍得知牡丹江被攻破，大驚失色，參謀們沉不住氣，大聲驚呼：中調虎離山之計了！
其實，這個計策是王仁志自己的計策。
到了次日下午，牡丹江市秩序正常，王仁志小部隊四出，到了晚上，周圍的幾個縣城全部光複。夜裏，王仁志發出請示電，把附近的三萬民兵擴充進部隊，用繳獲的武器武裝這些新兵，駐紮在牡丹江東側的幾個軍營裏，應對蘇聯遠東，新京，吉林等地的日軍，特别是海參崴等地的日軍。
這一戰，王仁志的一系列動作有計劃，有措施，環環相扣，對各種情況都做了防範，主動出擊，制造了一系列機會，讓城防部隊犯了平均分配軍力的錯誤，用短短的十幾個小時拿下一座大城，部隊損失，城市損壞降到最低的程度，戰績輝煌，赢得了上至延安的好評。毛公用了三個甚慰來評價他的戰績，着小路及時補充王仁志部隊武器裝備，防範東面的日軍。
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12日，佳木斯戰鬥繼續，攻城大軍發起最後一擊。
牡丹江失守的消息早就用大喇叭傳進了佳木斯城裏，僞軍見大勢已去，加快了投降的步伐，到現在爲止，絕大多數僞軍投降。
佳木斯城裏不但守軍減少了一萬多人，還導緻民主聯軍深入日軍背後，日軍損失巨大，紛紛潰退，到了城市中心的幾十棟建築物裏開始巷戰。這時候，日軍調集了飛機前來助戰，奈何不能區分雙方陣地，隻好退回去了。
上午，東北軍民主聯軍集中火箭筒，步兵炮，從四周攻擊日軍的大樓。
12日上午，攻擊部隊到達市中心，殘餘日軍堅守司令部大樓，幾次呼叫，拒不投降。
上午十點，小路的殺手锏拿出來了，坦克部隊。
幾十輛坦克從四個方向圍住了城市中心的幾座大樓，一起開炮。日軍司令部大樓半邊倒塌，其他幾棟大樓也受損。樓裏的火力一下子弱了。
坦克進攻，把大口的殘破的圍牆撞開。步兵跟在坦克後面，迫近了大樓。
這時候，日軍敢死隊出來了，幾十個用木杆挑着炸藥包的日軍沖了出來，要爆破坦克。
這時候，響起了零星的幾聲步槍的射擊聲。聲音如此不起眼，但接着爆炸聲就很驚天動地了。
那是特戰隊把炸藥包打着了，炸藥爆炸，把日軍自己的防禦陣地炸毀了。
中午，部隊攻占了最後一棟大樓。
下午兩點，小路發出報捷電，日軍消滅，佳木斯光複。
這是小路指揮的第二場殘酷的戰鬥，上次是伊春保衛戰，這一次殘酷是日軍方面損失巨大，将近六萬日軍，死亡五萬多，俘虜都是傷兵，僞軍投降一萬多，戰果可以說是巨大的。這次戰役改變了東北境内雙方力量對比，由原來的戰鬥實力相近變成了我方超過敵軍的态勢。
以前，東北聯軍數量多于日軍，但戰力還不如日軍，至少很多人不相信東北聯軍能占優勢。到現在，東北聯軍戰力超過日軍，各界對東北聯軍解放東北樂觀了很多。
次日，任命王殿倉爲佳木斯市長，王殿倉原來爲先遣隊佳木斯小組組長，後來擴大爲佳木斯市委，他擔任書記。在曆次戰役裏，王殿倉提供情報，功勞至偉。他的地下黨已經滲透進了各個階層，解放後立刻開展城市管理。
3月30日，攻城部隊在大戰後四面出擊，佳木斯四周的縣城全部解放，南側牡丹江的部隊也在四下出擊，兩軍終于在鐵路上彙合，至此，佳木斯解放區連接在一起。
4月5日，牡丹江幾隻部隊東進南進北進，把四周數個日軍盤踞的城鎮保衛，在其南部元的甯安和日軍數千遭遇。抗日聯軍以少抵多，激戰六個小時，大部隊趕到，把日軍全部包圍。7日，甯安光複，日軍潰退。抗日聯軍放手追擊，日軍向南逃走。
同時，佳木斯以東，富錦，蘿北兩個要塞攻克，殘餘日軍進入蘇聯遠東。兩個要塞被幾顆碩大的航空炸彈炸開，地面工事被山炮和火箭炮炸毀。日軍無力據守，趁夜晚突圍，被東北聯軍一路追擊，十分慘烈。
4月10日，牡丹江流域的鏡泊湖水電站光複。此時，水電站剛剛竣工發電，電站的工人幾乎全部是地下黨，在大部隊包圍電站的時候，武裝起義，控制全部日本技術人員。
哈爾濱得到水電站成功光複的消息，十分高興。
4月20日，東部邊境地區除了虎林，綏芬河，東甯以外，各個大小城市全部光複。哈爾濱南的珠河，雙城等地全部光複，大軍打到了松花江邊。
至此，北滿的戰事告一段落，雙方都無力繼續再打大仗，都想喘息一下。東北聯軍的地方部隊趁着這個機會，把日軍手裏的地方政權繼續蠶食，從小城鎮到縣城，從公路兩邊到鐵路兩邊。地方政府紛紛成立，民兵自衛隊也紛紛成立。
至此，東北形成了東北聯軍占領北滿大部，整個滿洲西部，以及吉東山區和南滿農村的局面。東北聯軍已經控制了百分之八十的人口和百分之九十的土地。
全東北範圍裏，日軍隻剩下了十幾萬軍隊，沿着鐵路，分布在幾個大城市和大礦山裏。消息傳到東京，東京震動，大本營吵成一團，如何應對，沒有結果。日軍多線作戰，無軍力可調動，無奈要求華北駐屯軍派兵，增援滿洲。
南滿日本人人心惶惶，紛紛離開，有的遷移回日本，有的遷居海參崴。