不僅僅是松花江大橋的守軍沒有防範對手會行動如此的快速，就連哈爾濱市區內的日僞軍也沒有預料到。當陶淨非帶部隊全速通過鬆花江大橋的時候，衝進哈爾濱市區的時候，主要街道上的路燈還都亮着。陶淨非帶領的部隊連車燈都不用開，直接可以就地利用路燈照明。
當陶淨非衝入哈爾濱的時候，這個中國最北面的大城市，還是一片的燈火輝煌。街道上除了部分執行戒嚴令的僞滿軍警憲特人員之外，甚至還不少不顧日僞軍當天發佈的戒嚴令，剛剛從舞廳、妓院或是咖啡店內渡完夜生活正準備返回家裡面的行人。火車站內一列由新京開來的夜間班車，也正點的準時進入哈爾濱車站。
街道上的行人和執行戒嚴令，正在努力將這些不顧戒嚴令，享受夜生活的達官子弟攆回家的僞滿警察望着不知道從那裡冒出的這些坦克與大量全副武裝、荷槍實彈的軍人不由的目瞪口呆。
直到一個警察眼睛很尖的藉着身邊的路燈燈光，看到從自己身邊經過的軍人胸標上寫着東北抗日聯軍字樣的時候，傻愣了半天后才如夢初醒一般，大喊一聲是抗聯後調頭就跑。他這一嗓子喊出去不要緊，猶如當街炸響了一枚炸彈，剛剛還熱鬧的很的大街上立馬亂了套。
這個時候能將戒嚴令不當回事，依舊按照自己習慣去享受夜生活的，無疑都是一些僞滿高官和富商大戶的子弟，或是日本人。一般老百姓養家餬口還來不及，哪有這個經濟實力，更沒有這個膽子去逛妓院、舞廳一類的高消費場所的。
這些父兄輩都是職務不低漢奸的人一聽是抗聯打進城了，還有一個不亂套？再加上被嚇破了膽子的僞滿警察，剛剛還很平靜的街道上立刻炸了營。平日裡面假裝的所謂風度早就丟到一邊去了，你推我搡的亂成一團各自逃命去了。
有的人甚至慌張的連身邊不知道是情人還是小妾，甚至可能是舞女的伴侶都丟下了。街道上的那些正在講價的出租馬車，也顧不得拉客人了，沒一會功夫剛剛還熙熙攘攘的街道頓時一片清淨。不過也有膽子大的，也不怕被子彈誤傷，站在街道邊上賣呆。
對於街道上瞬間跑了一個精光的那些執行戒嚴令的僞滿軍警人員，陶淨非既沒有時間，也沒有精力去管。他命令各部隊不要管那些警察，向着各自的目標猛衝猛打過去。務必要在最短的時間之內攻佔哈爾濱。
雖然哈爾濱的日僞軍因爲巴彥和鐵力的丟失，已經進入的戒備狀態。但誰也沒有想到，此時應該還在百公里之外的對手，會突然出現自己面前。而已經集中起來，準備第二天進入工事擔任防禦的日僞軍，更是讓攻擊部隊連兵力都不用分散。
陶淨非的攻擊行動進行的極爲順利，措手不及的日僞軍幾乎全部被堵在營房之中。裝甲旅的坦克在步兵的掩護之下，直接衝進日僞軍軍營之中橫衝直撞。本身沒有多少重武器的日軍以及部分僞滿軍雖然也在依靠營房負隅頑抗，但在坦克和七十五毫米山炮面前，他們的抵抗根本就無力挽回大局。
勉強開火的部分火力點，只來得及打出幾發子彈。就被衝上去的坦克一頓炮彈，連人帶屋子一塊送上西天。吃不住勁，鑽進營房後，又被坦克炮火從屋子裡面幹出來的日僞軍，又被伴隨步兵和坦克上的機槍打的人仰馬翻。
此時在獨立第二守備隊被炸成了殘廢後，已經實際上成爲哈爾濱防禦主力的僞滿軍在戰鬥打響後，除了少部分人主要是日系軍官帶領的部隊和第四軍管區教導隊，以日軍控制最嚴的僞滿江上軍陸戰一團還在抵抗之外，大部分人都在措手不及的在睡夢之中便被繳械。
僞滿獨立混成二十三旅的一個半團被繳械，使得日僞守軍失去了主要力量的同時，也極大的減輕了陶淨非的壓力。至少不用擔心那些僞滿軍爲自己找太多的麻煩，分散自己的兵力。更讓他得以騰出手來，分出一個加強團在一個坦克營以及兩個騎兵營的配合之下，以最快的時間搶佔哈爾濱南部屏障雙城。
在坦克的炮火掩護之下，仗着皮糙肉厚、火力兇悍橫衝直撞的陶淨非在短時間之內便相繼攻佔了僞滿濱江省政府、哈爾濱特別市政府以及警察廳、第四軍管區司令部等一系列重要目標，並完成對日軍獨立第二守備隊營區和第四軍管區最後還在抵抗的幾個營區的合圍。
日僞軍雖然還在抵抗，但除了那些罪大惡極的漢奸首領以及少數垂死掙扎的日系軍官之外，僞滿軍的抵抗事實在戰鬥進行兩個小時後便已經潰散。而城內的日軍雖然還在拼命的抵抗，但缺乏反坦克武器的日軍，在面對有着大量步兵配合的坦克羣，抵抗的力度也在飛速的下降着。
戰至第二天清晨，除了僞滿軍第四軍管區教導隊還在做最後抵抗之外，僞滿軍第四軍管區，包括江上軍陸戰團在內的抵抗已經徹底的平息。第四軍管區司令應振復、僞滿濱江省長於競濤、哈爾濱市長趙震、日籍副市長都富佃、警察廳長田園莞爾等大小僞滿官吏無一漏網。
除了濱江省警務廳長神子勇、哈爾濱警察廳長田園莞爾因爲帶領日籍警察和憲兵頑抗到底被擊斃之外，其餘的僞滿濱江省以及哈爾濱市的大員幾乎無一漏網，全部被俘。日軍駐哈爾濱憲兵隊長春日薰中佐連同他的幾百人憲兵隊一起，被坦克碾成了肉泥。
經過半夜的激戰，至第二天清晨七點，陶淨非指揮的快速縱隊相繼佔領了埠頭、新陽、南崗、馬家、東西傅家、香坊、顧鄉、太平、松浦等哈爾濱主要市區，並搶佔了哈爾濱城內所有的火車站。
以及僞滿濱江省政府、第四軍管區司令部、濱江省警務廳廳、哈爾濱市警察廳、哈爾濱憲兵隊等哈爾濱市內的重要目標。除了日軍第二獨立守備隊司令部、第四軍管區教導隊以及在遭受了楊震毀滅性打擊的平房特別軍事區還在進行最後抵抗之外，整個哈爾濱幾乎已經全部易手。
在搶佔火車站後，陶淨非立即組織五列貨運列車北上巴彥接運主力。尤其是因爲急行軍落在後邊的炮兵。至於駐紮在呼蘭那裡的僞滿一個鐵路警察中隊以及獨立第二守備隊的一箇中隊、以及僞滿軍一個營和一些雜七雜八的警察，陶淨非根本就沒有放在心上。
他在每列火車上都放上了一個步兵連、兩輛坦克外加六挺高射機槍。利用火力掩護，強行衝過呼蘭火車站。如果不是搶佔雙城需要以及手頭兵力穩定這種大城市略有不足，呼蘭那點日僞軍他早派一個團隨車解決了。
不過在調動火車北上巴彥接應主力的時候，陶淨非在哈爾濱火車站有一個可謂是巨大的發現。除了在哈爾濱東站發現了幾列因爲濱綏鐵路中斷，而只能滯留在哈爾濱的軍火列車之外。還在香坊車站的幾列被油布遮蓋的嚴嚴實實的列車上發現了幾門口徑巨大的火炮。
這幾門火炮除了三門二百四十毫米要塞榴彈炮之外，還有兩門日軍最新式的七式三百毫米要塞炮，四門九六式二百四十毫米加農炮，甚至還有一門口徑至少在四百毫米的巨炮。除了這六門口徑巨大的火炮之外，還有一輛裝備了二百四十毫米口徑火炮的列車炮。
經過緊急審訊在睡夢中被俘的日軍隨車士兵後，陶淨非才知道這些巨炮都是日軍專門從國內運來的用來裝備東部的虎頭要塞和東寧要塞羣的。只是由於濱綏鐵路交通中斷，只能暫時停留在哈爾濱。
這些火炮之中，除了那門射程高達五十公里的二百四十毫米加農列車炮之外，口徑最大的那門原本用於安裝到虎頭要塞的四百毫米火炮，是專門從東京灣拆卸下來的，準備運到虎頭要塞對蘇作戰的。
看着這些重炮，陶淨非多少有些心癢難耐。但可惜除了那門列車炮之外，其他的都需要構築堅固的鋼筋混凝土結構的炮基座。不過饒是這樣，陶淨非除了將那門列車炮部署到了哈爾濱外圍鐵路線上用於機動火力支援之外，其他的大口徑重炮也秉承着寧殺錯、不放過的方式，等參謀長到來後，看看能不能利用上。
只是讓即便手頭上現在還沒有人會使用這些重炮，但在得到了這些重炮之後依舊欣喜若狂的陶淨非現在還不知道的是，這些重炮在下一步的作戰之中發揮了極大的作用。尤其那門機動性比較強，射程高達五十公里的九零式列車炮給日軍帶來了極大的傷亡。
而那門射程雖然稍短，但炮彈重達半噸的四百毫米要塞炮，甚至一炮就打掉了正在集結中的日軍大半個聯隊。這幾門大射程、威力巨大的重炮與航空兵相互配合，爲第二階段戰役勝利提供了穩定的火力保障。
其中一門被調往東部參與對東寧要塞攻擊的九六式二百四十毫米加農炮，和一門明治三十八年式二百四十毫米要塞炮。與軍區特種作戰旅從虎頭要塞繳獲的兩門同類型的火炮、一門九六式二百四十毫米重榴彈炮以及在第一階段作戰中繳獲的幾門一百五十毫米加農炮一起組成的炮羣，爲東部戰線提供了強大的火力掩護，徹底的摧毀了日軍東寧要塞羣。