3月3日傍晚，經過兩天的艱苦行軍，二營終於在暮色蒼茫之中抵達了牛莊城郊。
暮雲低垂，夜幕漸深。牛莊的方向火光沖天，將天幕映照得一片通紅。爆炸的閃光已經清晰可見，轟轟隆隆的炮聲猶如巨雷滾動，滯重沉悶而漸行漸遠，一切都在表明牛莊的戰事正到了節骨眼兒上。
按照日軍大本營的計劃，牛莊戰役是由第三師團配合第五師團完成，但由於在前期的海城戰役中第三師團受到了較大的挫折，桂太郎中將從內心中還是想獨得這份兒功勞，以期挽回一些面子。因此即使兵力稍顯不足，他還是派出了有著「魔鬼」之稱的大島義昌少將指揮的第九混成旅團。這個旅團的戰鬥力相當的強，平壤戰役就是他們首先攻進平壤城內的，但該旅團由於連續作戰減員也很厲害，現在充其量也不過六千多人。
大島義昌是日軍少壯派的代表，一向深得桂太郎的器重。他不但以勇猛凶悍著稱，同時還嗜血如命，喜歡玩刀劈人頭的遊戲，被同僚們稱為「魔鬼」。他屢屢對陸軍第二軍在旅順滅絕人性的大屠殺讚美不絕、津津樂道，曾幾何時還在得意洋洋地幻想著攻破牛莊城後，作為佔領者耀武揚威，燒殺擄掠的情景。他信誓旦旦，要親手把牛莊變成第二個「旅順」。
本來按照歷史的記載，2月28日，日軍第三師團由海城分路進犯鞍山、牛莊，依克唐阿（海城戰役時調至西線）敗退遼陽，日軍切斷了牛莊與遼陽的聯繫。
3月3日，日軍兵臨牛莊城下，清將魏光燾、李光久急忙率軍由海城以西回援。3日夜間，日軍從東、南兩個方向逼近牛莊。
3月4日凌晨，日軍向牛莊發起攻擊，在一整天的激戰中，清軍先後打退了日軍的十餘次進攻。4日黃昏，在日軍炮火的猛烈轟擊下，日軍攻入牛莊城內，經一晝夜激烈巷戰，清軍斃傷日軍近四百人，自己也付出了傷亡高達三千人的代價，牛莊失守。
可現時的情況卻因馮華他們的到來，再次發生了改變。由於桂太郎中將和大島義昌少將搶功心切，幾乎所有的戰鬥進程都比歷史的記載提前了一天。當李九杲率領二營到達牛莊城郊時，正是日軍突破牛莊東城防線，攻入牛莊城裡的那一緊要關頭……
戰鬥從凌晨開始已經進行了一整天，攻守雙方都付出了極大的代價，只是守城的清軍在日軍優勢炮火的攻擊下傷亡更慘重一些。
黃昏時分，日軍對牛莊城發動了更為猛烈的進攻，在三十門大炮的火力支援下，鬼子的攻勢就如漲潮的海水，一浪高過一浪。火光閃閃，炮聲隆隆，城牆上不時地升起一炷炷濃煙，許多城磚被炮火炸得粉碎，成了虛軟的齏粉狀，大地也在爆炸聲中不停地顫抖。守城的士兵們抱著背水一戰的決心，視死如歸，前面的倒下去，後面馬上就有人頂上來。魏光燾和李光久等人眼見形勢危急，也冒著彈雨親自登上城牆指揮抵抗。
酉時初，南城牆首先被日軍炮火轟開了一個缺口，魏光燾一邊指揮親兵和兵勇集中火力阻擊進攻的鬼子，一邊組織城內百姓用裝滿泥土的麻包填補城牆缺口。在日軍密集的炮火下，守城的兵勇和扛麻包的百姓不斷有人被槍炮擊中，南城牆上到處都是陣亡的愛國軍民。
不久，東城牆又被日軍的炮火炸開了一個口子，守城的兵勇在突破口上與日軍經過反覆爭奪，展開了肉搏戰，終於抵擋不住日軍的猛攻，牛莊東面的城防被突破。攻入了街裡的鬼子已經佔據了一大片民房。聞訊趕來的提督譚桂林則率領著一隊清軍依靠房屋院牆，與日軍逐街逐屋進行著激烈的巷戰。
在爭奪天興醬園的控制權時，譚桂林射光槍膛裡的子彈後還沒來得及重新裝填彈藥，一群日本兵已經衝到了面前，他抽出腰刀，與幾名衛士一起與鬼子展開了近身搏鬥。面對著人數佔優的鬼子，他鼓舞著大家：「弟兄們，咱們都是七尺男兒，誰也不能給祖宗丟臉！殺一個夠本，殺兩個賺一個！」
他雙手攥著魚鱗刀把，與鬼子兵周旋對峙。他的刀鋒先向左邊虛晃了一下，然後猛地劈向右面的那個敵人，鬼子的腦袋被削掉了半拉，可他的左臂也被另一個鬼子趁虛而入，刺中一刀。鮮血很快就浸濕了袖筒，他來不及包紮，周圍的鬼子兵又圍了上來，由於寡不敵眾，幾個衛士先後倒下了，帶隊的鬼子軍官指揮十幾個鬼子兵端著槍把譚桂林圍困在中間。
日本鬼子看到眼前的漢子是個當官的，企圖捉活的。譚桂林看透了敵人的心思，便揮起大刀奮不顧身地撲向敵人，接連斬殺了三名倭寇，無可奈何之下，那個鬼子軍官咕嚕了一句什麼，鬼子兵一起射擊，譚桂林身中數彈壯烈殉國。
激烈的巷戰殺得天昏地暗，東城的大街小巷到處都是敵我雙方陣亡官兵的屍體和被日軍大炮炸死的無辜百姓。城裡的民房坍塌無數，斷垣殘壁上彈痕纍纍，城南、城東許多地方濃煙滾滾，火光沖天，日軍的炮火幾乎彈彈都可以擊中街裡的一座建築。
李九杲先前派出的偵察兵，在遠征軍前鋒到達後不久就帶回了當前戰場的情報。前面離他們不遠的那個村莊叫狼巖寨，看起來好像是日軍的一個臨時兵站（負責儲備、補給和轉運彈藥物資，治療傷病員的後勤機構），然而警戒部隊似乎還不足一百人。日軍的炮兵陣地設在距狼巖寨四、五里外的一個小樹林旁，令人感到奇怪的是警戒部隊比兵站還要少。
聽著偵察兵的報告，李九杲陷入了沉思：兵站和炮兵陣地都是防禦能力很差，但卻極為重要的部門，為何日軍的守衛部隊如此之少？如果能把日軍的兵站端了，缺少了補給的日軍將會不戰自潰，牛莊的圍自然也就解了。另外，日軍的大炮也必須盡快除掉，這些傢伙對我軍的威脅太大了，青苔峪一戰義勇軍的大部分傷亡都是它造成的。想到這裡，李九杲不由得有些頭皮發麻，青苔峪之戰中日軍兇猛的炮火和一營的傷亡，讓他現在還有些心有餘悸，也讓他第一次真正認識到現代戰爭不是光憑一時之勇就能取得勝利的。
聽著一陣緊似一陣的槍炮聲，看著牛莊方向不時升起的一道道煙柱和炮彈爆炸的火光，雖然尚心存疑慮，但李九杲還是很快做出了決定。先派人向後邊的馮華報告有關情況，然後向偵察員核實了幾個問題後，他果斷下達了命令：「牛莊的戰事已經到了緊要關頭，鑒於當前日軍的臨時兵站和炮兵陣地防衛力量比較薄弱，我營將兵分兩路對鬼子進行襲擊。其中，四連長康家森負責解決炮兵陣地，五、六連則由我親自帶領直插村內兵站，攻擊時間以四連為準，兩地戰鬥同時打響。」
最後，李九杲又向各連指揮員強調：「這兩處地方距離日軍的前沿陣地並不太遠，日軍隨時都可能回援。因此這一仗我們必須速戰速決，務求在一線日軍趕回來之前，消滅敵人解決戰鬥！如果遇到阻力也不要過多糾纏，一定要在日軍主力到達之前撤出戰鬥……」
其實，日軍在狼巖寨本來駐有一個大隊的步兵，分別守護兵站和炮兵陣地。可是由於在進攻東城和南城的戰鬥中，日軍有幾次眼看就佔據了城牆，卻又被清軍的增援部隊給奪了回去。指揮官大島義昌少將認為只要再增強一些攻擊力，加大一點兒壓力，完全可以突破清軍的城防。因此，在參加會戰的第五師團還未到達的情況下，他孤注一擲把預備隊全部投入到最新的一次攻擊中。他還命令留守狼巖寨的大隊，抽出兩個中隊迅速進入新的預備隊位置。兵站只留下兩個小隊守衛，而守護炮兵陣地的日軍更是只剩下了一個小隊。
當參謀官提醒他狼巖寨兵站和炮兵陣地的防守兵力過於單薄時，他卻很自信地認為，大日本皇軍發動遼河平原戰役，就是要一舉粉碎支那軍在關東的最後抵抗。現在我幾路大軍全線進攻，各地的支那軍已經疲於應付，根本不會有多餘的兵力增援牛莊，也更沒有膽量主動尋找我軍作戰。況且戰役開始前我軍的諜報人員已經查清,牛莊地區除了魏光燾和李光久共計11個營五千多人的湘軍外,再無別的部隊。
他狂傲的對著手下的將領官兵說道：「沒有第五師團的配合，我們也有能力把面前的敵人消滅在牛莊，第九混成旅團將會再次成為大日本帝國的驕傲！」
本來按照歷史，大島義昌的分析並不算錯。即使兵力不很充足，日軍憑著士兵的訓練有素和火力上的優勢，他確有能力攻下牛莊。可是由於突然多出了一支他還不瞭解的義勇軍，他不但錯了而且是大錯特錯。
義勇軍先是在青苔峪殲滅了佐籐聯隊主力，遲滯了日軍第五師團的進軍速度，破壞了日軍會攻鞍山、牛莊的計劃；然後又在順利擊潰青岡敬公聯隊後迅速馳援牛莊。雖然清軍的戰鬥力差，但守衛牛莊的清將魏光燾、李光久不同於貪生怕死的葉志超、衛汝貴之流，是堅決主張抵抗日軍侵略的。牛莊前線雙方軍力的彼消我長，致使歷史逐漸偏離了原來的軌道，大島義昌也為自己的輕率決定付出了應有的代價。
日軍的炮兵陣地設在一片小樹林前，它與其前沿陣地的距離並不太遠，甚至可以說是在步槍的射程之內，這給偷襲和快速解決戰鬥帶來了極大的困難。大概是日軍的注意力全都放在了牛莊方向的緣故，在夜幕的掩護下，四連的戰士潛伏到了距離日軍幾十米的地方，敵人仍然沒有發現他們。在炮火的閃光中，康家森看到日軍的大炮在小樹林的前面擺了一大溜，大約有三十來門，一箱箱的炮彈擺在大炮後面的不遠處。他靈機一動，一個主意浮上了心頭。
此刻，日軍炮兵少佐渡邊一郎正一面指揮著士兵們進行射擊，一面為大日本皇軍炮火的威力興高采烈，突然一顆不知從哪裡飛來的子彈擊中了他的胸部，哼都沒有哼一聲他就回國見天皇陛下去了。而失去指揮的士兵們還沒有弄明白是怎麼一回事，就被四周飛來的槍彈和手榴彈打得血肉橫飛，鬼哭狼嚎，炮兵陣地上頓時煙霧瀰漫，爆炸連連。
炮兵遇到近戰，可以說是完全束手無策，除了擔任警戒的那個日軍小隊慌亂的進行著反擊外，那些炮兵則扔下炮彈亂鑽亂跑。一陣密集的排子槍後，又是一堆手榴彈扔了出去，不過這一次的目標是堆在炮兵陣地上的炮彈。一連串的爆炸又引發了一陣更劇烈的爆炸，轉瞬間整個炮兵陣地變成了一片火海，擔任警戒任務的步兵也被淹沒在火海和爆炸之中……
日軍炮兵陣地被炸的同時，狼巖寨兵站也遭到了義勇軍的襲擊。在無聲無息地解決掉村外的幾個日軍哨兵之後，五、六連在李九杲的率領下，從兩個方向神不知鬼不覺地溜進了狼巖寨。除了日軍兵站的微弱燈光，寨子裡一片漆黑，甚至都聽不到一聲狗叫。李九杲不知道寨子裡還有沒有村民居住，叮囑戰士們小心行事，不要誤傷了百姓。
不知是習慣於清軍不主動出擊的作戰方式，還是知道清軍很少打夜戰，儘管前方打得熱火朝天，兵站裡卻看不出一點臨戰的緊張氣氛。固定哨兵的警惕性似乎不高，游動哨兵也顯得很隨意，尤其是瞭望樓上的那個哨兵，大概是上面風高天寒的緣故，一直把脖子縮在衣領裡面。如果不是偶爾還能看到他在晃動身體，還真讓人以為那是根豎立著的木樁。
已經悄悄地潛伏到距離日軍兵站幾十丈的地方，鬼子的哨兵還沒有發現。炮兵陣地那面的戰鬥打響後，兩個負責消滅瞭望塔上哨兵的戰士一齊勾動了扳機，隨著清脆的槍聲，那個哨兵從塔樓上倒栽蔥似的掉了下來。事先佈置的狙擊手也各找各的目標，以迅雷不及掩耳的速度把那些杵立著的、溜躂著的哨兵收拾得乾乾淨淨。
五連和六連的突然攻擊，一下子就突破了兵站的警戒線。警衛兵站的大多數日軍沒有來得及展開抵抗，就被盡數殲滅，只有守衛在倉庫值班室的十來個日軍，還躲在窗戶後面負隅頑抗。李九杲指揮機槍先壓制住敵人的火力，然後讓兩個戰士朝窗戶裡丟進幾顆手榴彈，很順利的就解決了戰鬥。
夜幕中，日軍炮兵陣地發生的激烈爆炸和狼巖寨方向傳來的密集槍聲，使日軍前線指揮官大島義昌立刻意識到，自己防守最薄弱的地方受到了敵人的攻擊。他的反應很快，立即命令剛剛從狼巖寨抽調上來做預備隊的兩個中隊分別增援炮兵陣地和兵站。
一里多遠的路程，木村中尉帶著他的中隊很快就趕到了。可是炮兵陣地上除了被炸得東倒西歪的大炮，以及血肉模糊、令人慘不忍睹的帝國士兵的屍體，攻擊者卻連鬼影子都沒有看見半個，而狼巖寨方向的槍聲也慢慢稀疏了下來。
就在李九杲準備偷襲日軍狼巖寨兵站和炮兵陣地的時候，牛莊城的戰鬥也到了白熱化的緊要關頭。正在南門指揮作戰的魏光燾得到日軍突破東城防線的報告後，立刻把南城的防務移交給總兵余德福指揮，自己則帶領著親兵隊趕了過去。本來已經漸漸不支的清軍得到生力軍的支援，尤其是看到大帥親臨指揮士氣大振，經過一番鏖戰，很快就收復了一排屋頂已經坍塌了的民房。在得到李光久部的支援後，清軍終於把日軍逐退到了另一個街區。
正當戰鬥陷入僵持之時，一直咆哮個不停、給清軍以極大殺傷的日軍大炮突然啞了火，使得進攻中的日軍一下子失去了炮火的有力支援。狼巖寨方向激烈但又短暫的槍炮聲，使得正在進攻的日軍意識到後方出了問題。雙方士氣此消彼漲之下，南城守軍很快打退了日軍的這次進攻。光著膀子在城上督戰的總兵余德福由於在戰鬥中被日軍炮火擊傷，拒絕衛士讓他後撤的建議，仍然堅持指揮戰鬥，最後終因失血過多不幸身亡。
攻入街裡的日軍，因為東南兩個方向日軍的撤退成為了一支孤軍，在魏光燾與李光久所部清軍的兩面夾擊下，這股日軍被清軍壓縮在一個大院裡。經過短暫的拚殺，這些日軍大部被消滅，只有少數人得以逃脫，牛莊的戰局總算暫時穩定了下來。