不過等到雙方匯合時已是深夜10點多了，想連夜撤退是不可能的，因此俄軍的主將第9師師長凱爾謝里曼中將決定等明天一早再撤軍。
那知第2天一早，一直和俄軍對持的人民軍海軍陸戰隊第2師突然向俄軍發動了進攻，而且攻勢相當兇猛；在穆棱河火車站方向，裝甲列車也開動火炮，向俄軍轟擊。
凱爾謝里曼當然知道，人民軍這是要拖住自己，等着南線的軍隊趕來然後合圍殲滅自己，因此當然是不能被人民軍拖住，於是凱爾謝里曼下令，命第2旅留下來斷後，阻擊人民軍，其餘軍隊仍然依計劃撤退。
第2旅斯特帕諾夫少將接到命令之後，差點當場就翻了臉，因爲誰都知道，這個時候留下來斷後的軍隊是九死一生，但畢竟是軍紀難違，因此只能免強接受了命令。
佈置了斷後的軍隊，凱爾謝里曼立刻指揮大軍向西撤退，在上午9點左右的時候，俄軍退到了穆棱河邊，雖然人和馬都可以徒步涉水過河，但現在俄軍是有兩個師部，火炮、輜重等足有200余車，這些車輛當然不能涉水過河，必須在河面架橋。不過穆棱河並不寬，河水也不深，因此架橋也花不了多少時間，兩個小時就差不多夠了，於是凱爾謝里曼一邊下令俄軍分批次涉水過河，一邊又命工兵在河面上架設木橋，好讓火炮、輜重等車輛過河。
穆棱河雖然不深，但也不是所有河段都能徒步過河的，有些河段的水深也超過兩米，因此需要先派人下水試探，選擇可以渡河的河段。
就這樣大約1個小時後，俄軍找到了2個渡河的河段，並且渡過去約1個團的軍隊，橋也搭好了大半，而就在這時，凱爾謝里曼收到報告，負責斷後的第2旅被人民軍擊敗，現在己向俄軍渡河的地點敗退下來。凱爾謝里曼聽了也不得大驚，趕忙登上河岸邊的一個小土坡，放眼看去，果然見2、3公里外，無數的俄兵正在向河邊行進，不過毫無隊列陣型，顯然是敗軍，而且仔細傾聽，還能隱約聽到槍聲。
原來俄軍第2旅留下來斷後本來就是不情不願，因此軍隊的士氣也都極爲低落，而且俄軍撤退時，將大部份火炮都拉走了，也更是削弱了第2旅的戰鬥力，而人民軍也知道俄軍主力逃走，於是加強了攻勢，力圖儘量擊敗斷後的俄軍，去追擊俄軍的主力。
加上這裡的人民軍和俄軍對持了幾天，都沒有發生大規模戰鬥，看着其他戰場的人民軍紛紛取勝，自然也是求戰心切，現在終於得到了出戰的機會，自然是人人奮勇，鬥志旺盛，結果第2旅連1個小時都沒有守住，就被人民軍攻入陣地，旅長斯特帕諾夫少將本來就無心死戰，見勢不妙，就立刻下令撤退，心裡還估摸着這時俄軍大隊應該己經渡過了穆棱河。而人民軍追着俄軍後面，一路就像穆棱河邊趕了過來。
凱爾謝里曼走下了土坡，招集託布爾金斯基及參謀們商議在河岸邊佈置陣地，阻擊人民軍的計劃，但就在這時，只聽“轟轟”幾聲，幾發炮彈落到河中爆炸，激起了數米高的水柱，好在是炮彈的落點並不是渡河的河段，只是激起的水花淋到不少俄兵的身上，不過這也讓俄軍上下都緊張起來，這是那裡來的炮彈？
還不等俄軍上下反應過來，緊接着炮彈接二連三的連綾落下，有的落到河水中，有的落到河岸邊，而這次有不少炮彈是落到河裡岸邊的人羣中，有俄兵被炸死喪命，而俄軍頓時也都慌亂起來，岸上的俄兵向河裡猛涌，也不管是不是可以渡河的河段；而河裡的俄兵則加快了過河的速度，只想早些上岸；架橋的工兵也都停止了工作，有的在觀望，有的乾脆跳進河水裡，向對岸連遊帶鳧；還有不少士兵乾脆把槍丟掉，好輕裝上陣過河，而凱爾謝里曼、託布爾金斯基等人也指揮不靈了。
而就在這時，只見從穆棱河西岸的樹林中殺出了無數的戰馬，馬背上的騎士揮舞着馬刀，向岸邊的俄軍衝殺過來，從軍服樣式上看，顯然就是人民軍的騎軍。而沿着穆棱河兩岸，各自出現了3輛奇形怪狀的車輛，無馬驢牽引自行，而且車上顯然是安裝了機槍，不僅向穆棱河西岸的俄軍射擊，同時也隔着穆棱河，射擊東岸甚致是還在河水裡的俄軍。
原來得知北線俄軍撤退的消息之後，羅嶽意識到必須要堵住俄軍撤退的線路，因此下令出動飛機在空中偵察俄軍的行軍路線，確定俄軍渡河的地點，又命北林站的騎軍團和猛士車隊出擊，在穆棱河西岸攔截俄軍，另外每輛裝甲車還帶一個100迫擊炮小組，當然成員壓縮到只有3個人，畢竟炮彈可以裝在猛士車上。並且要求必須在一個小時以內趕到俄軍渡的地點。
北林站距離俄軍渡的地點差不多有50多公里，對於猛士裝甲車來說，當然不會有太大問題，雖然猛士車因增加裝甲降低了速度，但跑出5、60公里的時速還是綽綽有餘的。而騎軍團並沒有參加昨夜圍殲撤退俄軍的戰鬥，因此人馬得到了比較充份的休息，而且人民軍在北林站還繳獲了俄軍3000餘匹戰馬，可以給騎兵們一人配雙馬，這樣也就可以加快騎兵的行進速度。
果然騎軍團和猛士車隊出擊之後，在一個小時內趕到了俄軍的渡河地點，這時俄軍已經開始渡河了，因此人民軍也立刻開始佈置，首先在距離河岸2-3公里的高地上佈置迫擊炮陣地，並留下3輛猛士車幫他們運送炮彈、轉移陣地，另6輛猛士車則分成兩批，沿河岸突擊，這樣不僅可以打擊本岸的俄軍，而且還能打擊正在渡河或是對岸的俄軍；而騎兵團則隱蔽在河岸附近的叢林裡，從正面突擊俄軍。
佈置好了之後，首先由迫擊炮部隊對俄軍展開遠程打擊，打亂了俄軍的陣腳，隨後騎兵和猛士車殺出，這時俄軍只渡過河一個團的兵力，而且根本沒有想到人民軍會在這邊的河岸發起進攻，不僅沒有佈置防禦陣地，過了河的士兵們都沒有重新列隊，而是在忙着生火烤衣服。現在己是9月底的時候，雖然還沒有進入冬季，但氣溫也不高，而且東北地區本來就要比關內冷一些，自然不能長時間穿着溼衣服。
結果面對人民軍騎軍的突擊，俄軍幾乎毫無阻擋之力，因此轉眼之間人民軍的騎軍就衝入俄軍之中，揮刀猛砍，騎兵一但衝到步兵的近前，自然就是步兵的惡夢了，只要騎兵藉助戰馬的衝力，順勢揮刀就可以輕易的砍殺俄兵，還有些俄兵甚致直接被人民軍的騎兵衝倒，還有人民軍的騎兵在馬上用96手槍向俄兵射擊，頓時將殺得俄兵傷死無數，屍橫遍地。儘管也有少數俄兵奮力的抵抗，有的舉槍射擊，有的奮力撲上馬背和人民軍的騎兵搏鬥，但畢竟是人數太少，改變不了大局。
而在開始的時候，猛士車還向本岸的俄軍射擊，但隨後人民軍的騎軍和俄軍纏鬥在一起，而且佔據了明顯的優勢，因此猛士車也就調轉了槍頭，主要射擊河中和對岸的俄軍，迫擊炮也將打擊的目標放到河對岸。這時河中幾乎全是俄兵，還有大量的俄兵擠在岸邊正準備下河，正好都成了人民軍的活靶子，只打得俄兵傷亡慘重，血流成渠，由其是在河水中，更是浮屍無數，就連河水都染紅了。
還沒有下河的俄兵都趕忙紛紛後撤，找地方躲避，但就在這時，海軍陸戰隊2師已追擊到河岸邊，向俄軍發動了進攻。而這時俄軍本來就己經大亂，那裡還有能力來抵抗人民軍的進攻，只能四散奔走，奪路逃命。
不過人民軍雖然佔盡了優勢，但畢競人數少於俄軍，無法對俄軍形成包圍，因此有不少俄軍趁着這個空子，從戰場上逃離，其中也包括俄軍的兩名師長凱爾謝里曼、託布爾金斯基以及一衆參謀人員。
但時間不長，從北線趕來的人民軍第1軍第1、6師趕到了戰場，迅速的展開了兵力，組成包圍圈，將俄軍包圍起來，並且還分派兵力，去追擊從戰場上逃離的俄兵。這一來人民軍在兵力也佔據了絕對的優勢，被包圍的俄兵也只能舉手投降。
戰鬥一直進行到中午12點左右時基本結束，除了少量俄軍逃走之外，其餘不是陣亡就是投降，而人民軍又一次取得了勝利，並且基本殲滅了北線的俄軍。至此，三個戰場的俄軍均被人民軍所殲滅，人民軍已經確定取得了這場穆棱河之戰的勝利。