就在羅嶽指揮軍隊，進攻旅順的時候，在遼河一線，戰鬥也同樣在激烈的進行着。
人民軍第2軍在5月12日向日軍的遼河防線發動進攻，並在5月13日凌晨成功突破了遼河防線，攻佔了遼中，不過也陷入到受日軍兩線夾擊的不利局面，而爲了打破這種不利的局面，鞏固人民軍在遼河東岸的立足點，因此第2軍的司令員邱亞輝決點，立刻進攻日軍的沙嶺堡陣地。
邱亞輝的作戰計劃得到青島指揮小組批准之後，立刻開始着手安排進攻沙嶺堡的兵力佈置，第2軍將出動2師、9師連同兩個後備團，共計3.2萬兵力，進攻沙嶺堡，由8師駐守遼中，17師仍然駐守遼河西岸，以防日軍的進攻。
5月15日，人民軍是分兵兩路，由9師的和後備1團沿遼河-雙臺子河進軍，7師和後備2團沿外遼河沿岸進軍，對沙河堡形成鉗制之勢。
其實在人民軍計劃進攻沙河堡的時候，日軍也在計劃兩路夾擊遼中的人民軍，5月14日夜，駐守沙嶺堡的第11師團接到遼陽滿洲軍司令部的命令，命第11師團出兵，協助平安堡的軍隊，夾擊遼中的人民軍。因此日軍第11師團在5月15日一早出擊，沿着遼河-雙臺子河一線向遼中進軍。
遼中和沙嶺堡相距大約55公里，因此雙方在上午10點的時候，日軍第11師團的前部軍隊和沿遼河-雙臺子河進軍的人民軍前部軍隊在於家房鎮附近遭遇，發生了戰鬥。
這確實是一場遭遇戰，因此雙方都有些措手不足，不過雙方交火了大約30分鐘之後，日軍主動後撤，退到黃沙坨鎮，在11點的時候，日軍又放棄了黃沙坨鎮，退回到沙嶺堡。原來是日軍的偵察兵發現了另一路沿外遼河進軍的人民軍，這才知道原來人民軍出動大軍來進攻沙嶺堡的第11師團。
在這種情況下，第11師團師團長土屋光春中將決定撤回沙嶺堡去防守，因爲日本在沙嶺堡駐守了2個多月的時間，構築了比較完善的防禦工事，而且人民軍出動大軍來進攻沙嶺堡，那麼遼中的守備兵力就必然空虛，而這時日軍己經出動大軍，從平安堡方向進攻遼中，因此只要第11師團守住沙嶺堡3、5天的時間，進攻的人民軍就必然撤軍去回援遼中，這時第11師團再趁機發動反擊，就有可望一戰制勝。
下午2點，第11師團退回到沙嶺堡，土屋光春立刻給遼陽滿洲軍司令部發電，說明自己的戰術計劃，3點40分時，第11師團收到了遼陽滿洲軍司令部的回電，認同土屋光春的作戰計劃，並且要求土屋光春必須在沙嶺堡守衛3天以上的時間，並且盡力拖住人民軍，給平安堡方向進攻爭取時間。
日軍在沙嶺堡防線共佈置了3個前沿陣地，分別是棠樹林孑、富家鎮、興隆臺，都是沿遼河佈置，其中興隆臺的位置偏西，不是人民軍進攻的方向，因此日軍重點防守的地區還是棠樹林子、富家鎮這兩個陣地，於是土屋光春派第10旅團守衛這兩個陣地。
不過在沿外遼河方向，卻沒有己完成的陣地，而在倉促之間，也無法佈置好完整的陣地，因此只能靠沙嶺堡陣地抵禦人民軍的進攻。沙嶺堡陣地主要是由周邊的馬道口、西杖口、破臺子、九臺子村、富莊口等幾個陣地組成，由第22旅團負責守衛。
5月15日下午4時，人民軍的兩路軍隊都逼近了沙嶺堡。不過人民軍並沒有急於進攻，而是佈置陣地，建立司令部，並且觀察敵軍的兵力佈置、戰場等等，同時還等着後續的炮兵部隊到達。
晚上8點，炮兵部隊也都到前線，而在此期間，日軍發起過兩試探性的進攻，但人民軍的守備嚴密，日軍沒有佔到任何便宜。而擊敗了日軍的進攻之後，人民軍又佈置炮兵陣地，設置觀察點，分派兵力、制點作戰計劃等等，一直忙到夜間12點多才基本告一段落。
當然日本在試探人民軍的同時，也抓緊這最後一晚的時間，加固陣地工事，增強自已的防禦力。
5月16日早晨7點，人民軍向兩路軍隊同時向日軍的陣地發動進攻。
負責直接進攻沙嶺堡的第2師首先由牽引*炮團向日軍陣地展開炮擊，由於在昨天人民軍已經通過無人機，將日軍的陣地位置、佈置均瞭解清楚，並計算出精準的數據，因此18門155毫米*炮一起開火，對日軍的各個陣地展開了精確的炮擊。而在另一條戰線上，自行火炮部隊也在遼河西岸開火，猛轟日軍的棠樹林子陣地。
兩條戰線上的炮彈的落點之準確，令日軍也大爲震驚。而且根據日軍炮兵的觀測，以及偵察兵偵察的結果都確定，人民軍的炮兵陣地在至少15千米以外的位置，而這個距離，己經超過了日軍第11師團的所有火炮射程，當然就算日軍有這樣遠距離射程的火炮也沒有用，因爲日軍既無法有效觀測炮彈的落點，也無法將觀測到的炮彈落點極時的傳回給炮軍。
遼中失守之後，也有一部份日兵逃到沙嶺堡來，向土屋光春講說人民軍對火炮的運用相當強，不僅打得遠，而且精準度也相當高，還有一批大口徑、遠距離火炮，懷疑有可能是將海軍用的艦炮搬到陸地上來。
但土屋光春對這一套說法相當懷疑，因爲這從根本上顛覆了土屋光春對這個時代炮兵戰術的認知，因此土屋光春認爲這是敗兵爲了減輕自己的罪責，而故意誇大敵軍的戰鬥力，也就沒有放在心上。但從現在的情況來看，敗兵的講說竟然都是真的。
只是現在土屋光春也是束手無策，因爲自已的火炮根本打不中別人，只能乾着急使不上辦法。土屋光春也曾冒險派出小股炮兵，靠近人民軍的陣地，然後開炮打擊人民軍的炮兵陣地，但還不等日軍完成開炮的準備工作，就被無人機發現，指引人民軍的火炮進行打擊，結果幾輪炮擊下來，日軍的炮兵就什麼也不剩下了。
人民軍的炮擊整整維持了半個多小時，18門155毫米*炮足足打出了上千發炮彈，而兩門200毫米*炮也打出了120餘發炮彈，而遭到火炮打擊的陣地，均受到了不小的損失，兩邊的陣地加起來，傷亡人員超過了1000人。陣地上的防禦工事、火力點等也都被催毀了不少。
不過只憑炮擊顯然是無法徹底擊敗日軍的，而且要佔領日軍的陣地，還是需要靠地面部隊的進攻才行。因此在炮擊停止之後，人民軍立刻向日軍陣地發動了進攻。
而雖然日軍的陣地遭到了人民軍炮兵的猛烈打擊，但陣地畢竟沒有被完全催毀，還是有相當的防禦力，因此在人民軍的炮擊結束之後，伏在戰壕裡躲避炮擊的日兵也都紛紛露頭，重新布量陣地防守，被催毀的火力點也盡力重新恢復，阻擊人民軍的進攻。
應該說到這個時候，戰鬥纔算是真正進入到全面展開的階段。
但守衛陣地的日兵很快就發現，人民軍的進攻模式，和俄軍相比有很大的不同，儘管人民軍投入進攻的人數看似不少，幾乎漫山遍野，但士兵之間的距離拉得明顯要比俄軍開得多，因此分得較散；另外人民軍的進攻看似雜亂無章，並不是所有士兵都一鼓作氣的向衝鋒，而是有人向前衝，有人卻在進攻途中找掩體躲避，並且向日軍的防線開火射擊，但又似乎是依據着某種規律，到並不是亂打亂衝。
這個時代的陸軍進攻戰術還帶有濃厚的線列戰術時代的痕跡，進攻時基本都是採用密集陣形，並且指揮官們也要求士兵要一鼓作氣，以最快的速度衝到敵軍的陣地中，然後和敵軍展開白刃戰，最多也就是在進攻之前，用火炮對敵方的陣地進行火力打擊，削弱敵方陣地的防禦力。但這種戰術對於防守方是極爲有利的，既使是遭到敵軍的炮火打擊，但只要能夠在炮擊之後，迅速時佈置好完善的防線，再有幾挺機槍構成火力點，就可以對進攻方造成巨大的殺傷。因此要想從正面攻破敵軍陣地是相當困難的，大多數進攻戰鬥都是採用正面牽制，側翼迂迴戰術。而如果遇到無法進行迂迴的戰場環境，只能進行正面進攻，就必須付出慘重的代價。
在日俄戰爭中，日俄雙方基本都是採用的這一套戰術，不過在大多數時間裡，日軍都是進攻的一方，而俄軍是防守着，因此如果要統計戰場上的傷亡，日軍要遠遠的高於俄軍。
但在面對人民軍的進攻時，打起來就完全不是那麼一回事了，在以往與俄軍的戰鬥中，馬克沁機槍絕對是戰場收割機，只要一陣掃射，敵軍就會像割莊稼一樣成排成排的倒地，如果有一個堡壘，就更是可怕，進攻方往往要付出數百人的代價，才能打掉一個堡壘。
而面對人民軍時，機槍“突突突突”，打得雖然歡快，但機槍副手看得明白，一陣掃射下來，人民軍一方能夠倒下10個就算是相當好的結果了，這一方面是人民軍的士兵分得較散，另一方面一但遭到機槍的打擊，人民軍是不會傻傻的向前硬衝，而是就地臥倒躲避，等這一輪掃射過了再爬起來進攻。