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6時30分，日軍首先以野炮羣發炮，引誘東北軍重炮還擊，以便目標發現後，再針對過去觀測的目標進行修正，然後以重炮給東北軍炮兵以毀滅性轟擊。
第二炮羣的野炮，集團轟擊了一個小時，東北軍炮兵是否入了圈套，炮兵指揮官們還看不出來。到了7時30分，又引誘轟擊了30分鐘，西岸上炮兵陣地仍無反應。內山少將等得有些不耐煩，命令兩個炮羣在8時，作全效率攻擊射擊，並建議小松原中將命令步兵於午前10時整發動進攻。10時師團長的出擊令傳達到了各聯隊以至各個大隊。
8時整，日軍全部大炮一齊射擊，重炮聯隊的口徑160毫米長60厘米的彈頭，從步兵後方十幾公里的陣地上飛向桑葉河西岸，吼聲如雷，地動山搖，震撼着草原大地。各師團的山炮、迫擊炮、步兵炮也同時助射發威。從開戰到現在，日軍從來沒有動用過這樣大規模的炮兵，在日本陸軍戰史上，這也是空前的第一次。內山少將能同時指揮着338門野戰重炮和472門野炮進行齊頭並射，其心情的興奮是可想而知。日軍炮兵陣地上熱火朝天，人馬繁忙，陣地上的炮彈殼堆積如山，滾動着的灼熱的彈殼，黃閃鋥亮，摸來燙手。炮手們滿身是汗，大聲喊叫着將炮彈推進彈膛內。桑葉河西岸臺地上，一處連一處升起了黑煙，西岸斜坡上的汽車和裝甲車，成羣的往臺地後坡駛去，亂轟轟的一片。從觀測氣球傳來消息，東北軍炮兵至目前最少被消滅了10處主要陣地；東北軍大炮正用牽引車拖着在變換陣地；很多炮兵中隊的炮兵被打成啞巴，不能回擊。總之，效果顯著。
內山少將命令：炮火延伸射擊，炮擊延長一小時，也就是說步兵在11時發起衝鋒。
午前10時，東北軍的數架“披毛犀”重型戰鬥機低空飛行，在離地面僅數米沿着沙丘起伏棱線，直奔日軍的各個觀測氣球衝去。一通機槍掃射，一個個氣球在“嘭嘭”的聲聲爆炸中，如同一隻只碩大的火球，墜向草原，大片的碎片冒着煙火在空中飛舞。吊籃上的日本觀測軍官早被機槍打死，隨着觀測氣球爆炸後，日本炮兵頓時變成了瞎子，停止了射擊，好長時間後纔在地面觀察哨的間接觀測計算中，重新噴吐着炮火。炮羣整整射擊了一天。
成千上萬噸的鋼鐵傾瀉在西岸臺地東北軍炮兵陣地上了。彈藥上的一次消耗在日軍戰史上是驚人的。可是，東北軍的炮兵並沒有明顯的削弱，中午過後，東北軍大炮在轉移到新的放列陣地後，開始反擊。炮彈如同傾盆大雨，而且越打越猛，使得內山少將無比驚訝，納悶東北軍怎麼有這麼多的大炮，難道日軍炮擊並沒有獲得預期效果？從一天中的炮戰判斷，東北軍大炮每門發射量，最少也有四五個基數，可以推斷東北軍彈藥儲備相當充分，而且火炮性能良好。
這一天，日軍第2飛行軍團輕、重轟炸機，每6架一組，約120架飛臨桑葉河上空，東北軍地面上的6個高射炮團的100餘門高射炮奮起迎戰，熾密的高射炮彈飛向高空，散發着千萬朵白色的彈花。100餘架中國飛機也迎面飛來，雙方飛機在桑葉河上空穿梭般地戰鬥着，日軍第2飛行軍團的飛機被擊落34架，狼狽逃走。
在當天炮擊前，日軍各步兵大隊已接到在午前10整全體出擊的命令。後來內山少將臨時決定炮擊延長一小時，步兵出擊改在11時，由於雙方炮戰激烈，陣地上到處落着炮彈，各聯隊與各大隊的通訊時斷時續，電話線被炸成碎段。爲了修復，成班的電話兵被炸死，有的大隊從炮擊一開始就與聯隊失掉聯繫。因此，延長一小時出擊的命令，一些步兵大隊和中隊並不知道。
10時整，也就是雙方炮戰白熱化時，最前沿的幾支日軍主攻部隊躍出了戰壕，喊着“萬歲！”向岸邊東北軍陣地衝鋒。這樣一來，衝鋒的步兵不單受對到面東北軍的炮火和機槍的轟擊掃射，而且也遭到自己後方飛來的野炮炮彈的轟炸。步兵第72聯隊第5大隊就是10時整在彈片紛飛如雨的情況下冒死衝鋒的。10時30分日軍衝上東北軍的陣地時，全大隊1000人只剩下100多人。東北軍是退下去了。第1大隊佔領了陣地，但是卻遭到自己後方炮羣的集中轟擊，幾乎全隊毀滅，酒井聯隊長捶胸頓足，痛哭自己聯隊的無謂損失。又咬牙切齒地大罵炮兵少將內山，發誓要將內山送交軍法會審判。內山少將萬沒想到他在炮擊中的臨時動議延長一小時，會給步兵造成這麼大的損失。但是，身爲總攻的前線指揮官小松原道太郎又何嘗考慮到炮轟中通訊可能被切斷，而不能在已經開始了的行動中又臨時更改已下達的命令。有經驗的指揮官是不會同意內山少將的延長一小時炮擊的決定的。所以，這一次的事故責任主要在小松原中將。
