十九日黃昏之前全體參戰部隊，除迂迴部隊正隱蔽從集結地西烏珠穆沁旗，向蘇尼特左旗進攻出發地域運動之外，其餘各部已經全部完全展開。所有的炮兵，已經全部進入作戰地域。而負責對地實施支援的各個作戰機羣，已經做好隨時起飛的準備。
三月二十日凌晨三時，按照計劃此次會戰首先在新京正北與通遼方向同時打響。隨着鋪天蓋地的照明彈升空，從新京正面出擊的裝甲二師在密集的炮火，以及集中了抗聯所有的一百六十部大功率對空探照燈，以高強度光線照射日軍陣地的掩護之下。率先一馬當先，從長嶺一線向懷德、新京交界處的日軍陣地發起攻擊。
這一百六十部大功率探照燈，是幾乎抽調了抗聯所有的蘇制和美製對空探照燈。凌晨三時發起大規模集羣攻擊，對於抗聯來說無疑還是首次。爲了保證進攻的順利，以及夜間照明的問題，楊震想辦法爲中線攻擊部隊調集了一批探照燈。
楊震的意思很明顯，就是利用這批探照燈發出的強烈光源，除了爲攻擊部隊指明進攻方向之外。另外一個優點就是利用這批探照燈的強烈光照，刺痛當面日軍一線部隊的眼睛，使其只能採取盲射的辦法，爲攻擊發起部隊爭取有利的戰機。
這種戰術雖然首次運用，但是卻在實戰之中起到了不小的效果。被強烈光線刺的無法睜開雙眼的日軍，只能瞎打盲射。突擊部隊遭受的損失，幾乎可以忽略不計。新京東部戰場上日軍的第一道防線，在短短兩個小時之內全線被突破。
同時從吉林、九臺向伊通穿插的一個加強師，也在兩個獨立坦克團以及大量炮火的配合之下。激戰至二十日中午，撕開了日軍的防禦陣地。在當面日軍防線上，打開了三個突破口，正在向日軍縱深陣地發展。
裝甲二師與兩個獨立坦克團，猶如兩把尖刀一樣，從新京戰場上日軍兩面側翼向日軍整體防禦的縱深穿插過去。這兩支部隊的匯合點，在新京以南的公主嶺。一旦這兩支穿插部隊匯合，整個新京戰場上的日軍所有兵力，都將被合圍在新京周邊。
而在新京戰場打響的同一時間，通遼方向出擊的部隊，以裝甲二旅一百二十輛坦克爲先導，組成快速裝甲機械化集羣。從雙遼強渡東遼河，向松遼平原發起進攻，直插中長鐵路四平街一線。並以一部兵力，直逼戰略要地三江口。
這支部隊的主要任務就是進逼關東軍司令部所在地四平街，截斷關東軍增援新京戰場的通道。在新京以南構築第二道封鎖線，逼迫關東軍提前調動預備隊，徹底打亂關東軍的作戰計劃。
在其他三個方向打響的同時，在新京北部正面王光宇親自指揮三個整編步兵師，在兩個一二二榴彈炮團，一個一二二火箭炮團，一個一五五榴彈炮團，以及總部直屬重炮團的火力掩護。以及兩個獨立坦克營，以及一個獨立坦克團配合之下。從正面對新京城內的日軍，發起了全線攻擊。
在蘇聯人轉交的德制坦克到貨，替換下裝甲二師目前裝備雜牌坦克之後。楊震用這些德國貨替換下該師換裝後剩餘的三八t型坦克，加上五十輛十字軍巡洋坦克，充實了三個獨立坦克團中建制。
並將其中全部配備了三八t型坦克，以及少量bt快速坦克的獨立一團，配備給了新京北突擊集羣。這麼一弄下來，新京北突擊集羣中這個集羣中的坦克數量，並不比其他的方向少。王光宇以坦克爲先導，同時從新京北、西兩個正面，向新京的日軍守軍發起攻擊。並以一部兵力牽制新京以東之日軍，徹底的截斷新京至雙陽公路，切斷日軍從東部增援新京的通道。
實際上前一階段會戰之中，抗聯雖然沒有能夠徹底拿下新京這個日軍統治東北的象徵。但是通過苦戰，已經將新京形成半包圍。新京北部以新京環城公路爲兩軍對峙線。以北是抗聯的控制區，以南是關東軍的控制區。
而在新京東面抗聯的兵力，奢嶺至興隆山一線以東已經全部是抗聯的控制區，日軍只控制了新京至雙陽公路以南地區。在西面抗聯的兵鋒已經直指蘭家鎮至范家屯一線，兩軍控制線以新京至懷德的公路線爲分界。
只有南面公主嶺方向，新京還保留着一條對外通道，可以與關東軍保持聯繫。可以說新京已經三面受敵，處於一個半包圍的態勢。也就是說，在北面日軍只控制了主城區。而在東西兩面，日軍只控制了近郊，以及至雙陽、懷德公路以南的地域。
在這種態勢之下，京城內的僞滿各大機構，包括哪些牌位一樣的滿籍官員在內早就已經全部撤離。十餘萬日本僑民，除了所謂的在鄉軍人重新被徵召進入現役之外。所有的老弱婦孺也全部撤離，通過鐵路轉運至南滿。
所謂滿籍人之中所有的技術工人、知識分子、學生，也全部被日軍強行南遷。目前整個城內，只剩下二十餘萬在關東軍眼中，除了肉盾之外幾乎已經不再有任何利用價值，生活在最底層的普通百姓。原來曾經因爲是僞滿政治、軍事、經濟中心，而出現畸形繁華的新京城，已經大半成爲一座空城。
經過數月的搶修，此時的新京城主城區，幾乎整個都被關東軍修建成爲一所要塞。不僅市郊遍佈了大大小小的明碉暗堡等工事羣。就連城區內所有的地上建築，全部改造成爲工事。僞滿八大部金碧輝煌的幾座大樓，全部被改成了堅固的工事羣。