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8點15分，東北軍各種口徑的火炮和迫擊炮向日軍陣地轟擊。
8點30分，中國空軍第二次向日軍前沿陣地轟炸掃射。使日軍綿延40公里的前沿陣地全部籠罩在濃烈的煙火之中。
日軍在東北軍的飛機和大炮的輪番急襲之下，被完全壓制住了。在一個半小時內，炮火無力進行還擊，觀測所、通訊聯繫及前沿淺近炮兵陣地均被摧毀。
8點45分，空中升起了紅色信號彈，東北軍裝甲部隊在炮火掩護下，渡過桑葉河，開始全線總攻。從第23師團長小松原中將的司令部直到前沿各高地的據點式陣地都受到東北軍的猛烈攻擊。在日本步兵第64聯隊及第72聯隊等部隊防守的中線陣地——倫巴布爾高地，從早晨6點30分開始遭到中國飛機的猛烈轟炸。炸彈的爆炸煙霧成了半圓形，陣地上什麼也看不見了。空襲50分鐘後，數架中國飛機在野戰重炮第6聯隊的陣地上掃射。9時40分，東北軍39架4引擎的“快刀”轟炸機由“金絲燕”戰鬥機羣保護着又一次飛來空襲。其中有9架轟炸機飛到野戰重炮第1聯隊陣地上投彈，重炮第1大隊的放列陣地被彈片和煙霧覆蓋住了。這時，日軍飛機飛來攔截東北軍尚未飛走的18架轟炸機，東北軍的“金絲燕”戰鬥機立刻迎上來開火，6架日本“零”式戰鬥機被擊傷，沿低空飛落在草地上。
從早晨中國飛機開始轟炸起，東北軍炮兵也開始炮轟，成排的炮彈在第一線陣地上爆炸着。繼而，又進行縱深炮擊，日軍的視線完全被遮斷，既無招架之功，更無還手之力，只有捱打。
日軍北線的色爾安圖拉高地上，井置聯隊的部隊在經受了中國飛機轟炸掃射和炮擊後；沒等清醒過來，東北軍50輛坦克、10門自行火炮和600名蒙古騎兵從巴蘭崗方向方攻來，東北軍炮兵一個團也從西北方向來攻。這時，不但坦克炮、野炮的炮彈不斷落在陣地上，而且東北軍後方的重炮彈也如炸雷轟頂，成噸地傾瀉在日軍的陣地上，每分鐘大約落下200發炮彈，地動山搖，掩體裏的壁土都震鬆了，戰壕被炸平，整個陣地已沒有任何隱蔽的地方。日軍只能來回匍匐前進後退或滾爬，以躲避炮彈，死傷不斷增加。
到了12時，東北軍炮擊中斷了一會兒，日軍剛覺得緩了一口氣，突然，東北軍坦克從北方突入陣地，混戰開始了，燃燒瓶、反坦克地雷、反坦克炮和手榴彈全上去了。這時，守衛色爾安圖拉高地據點的井置中佐的兵力是騎兵200名、步兵600名、野炮12名，速射炮4門、重裝甲車2輛、1 3毫米機關炮5門。戰到日落，東北軍才漸漸停止攻擊。
南線的海山高地一帶，東北軍的炮擊一整天都沒有間斷。長谷部的各大隊之間的聯繫被切斷，裝備精良的木尾川大隊同時受到空襲和十幾輛坦克的火炮的襲擊，西岸的一箇中國炮兵集羣也集中轟擊木尾川大隊和石川混成旅團的陣地。近50輛坦克、步兵戰車和裝甲車迅猛地從南方迂迴過來，直插到長谷部支隊防守的整個海山高地地區的後方。日本步兵第71聯隊防守的744、757兩個高地的正面，東北軍於19日夜裏，在桑葉河上架了4座軍用浮橋，近200坦克、裝甲車和步兵1000餘名，衝到第71聯隊陣前。同時，中國飛機在空中不斷投彈掃射，第7 1聯隊立即陷於苦戰，傷亡慘重。
從東北軍第一天的攻勢來看，北路兵團進攻巴蘭崗，擊潰了第1警備軍團的3個騎兵團，包圍了日軍固守的色爾安圖拉高地，但是遇到井置聯隊的頑強抵抗；南路兵團擊潰了日軍石川混成旅團，迂迴到額爾古特納附近，佔領了780高地，完成對海山高地的包圍；中央兵團進展緩慢，各師、旅只前進了500至1500米，東北軍騎兵第6、第8師在打垮了第2警備軍團和石川混成旅團後也停下了腳步。
爲了挽回被動局面，日軍做出垂死掙扎。11月21日6時，日軍先後出動各種作戰飛機113架，對中國空軍發動反擊。
