隨着空軍以慘重損失拖延莜冢義男大軍和安崗機械化部隊迅速西進，兩路日軍在不知不覺在時間和空間上都被岔開；而日軍航空部隊主力則被糾纏在天津跟這兩路日軍上空。不久之後天色終於暗淡下來，隨着雙方機羣各自回巢，冀北各地的**頓時行動起來奔向各自的戰場。
知道關麟徵的先頭部隊已進入自己的後方後，張自忠立即下令除劉汝明的2個師主力沿南運河和海河展開防禦防止日軍渡河逃跑、騎9師北上暫歸於學忠指揮外，其餘7個師都投入全部預備隊發起全線猛攻；在白天爲躲避空襲而隱藏起來的各種火炮急速射後持續射擊的火力掩護下，剩下的5、6萬西北軍除監視海光寺的2個團外全部投入天津城區的爭奪中去。因爲中日兩軍距離近到咫尺之間，天一黑雙方頓時用各種爆炸物開始對擲、將崎嶇不平的整條戰線炸成一片火海，房屋和工事不斷倒塌起火，雙方將士大批大批的倒下；隨即雙方後續部隊又猛衝上前，在狹小的區域內再次展開激烈的搏殺。
8時30分，關麟徵和張耀明率領52軍第2、第25師從海光寺以東和以北原西北軍進攻發起線開始炮擊，60、82、120迫擊炮以雨點般射速覆蓋整個海光寺地區。10分鐘後就在炮擊停止的一瞬間，數百名中央軍官兵從各個方向躍出斷壁殘骸撲向海光寺兵營，但被炸的昏昏沉沉的日軍機槍手們還是陸陸續續的開始射擊，不斷將撲進的**突擊隊擊倒；但52軍剛剛部署到位的德制37戰防炮和國產37兩用炮也開始點射，300米、甚至200米距離上精準的直射將一個個火力點封殺。
黑暗中不斷噴吐火蛇的日軍射擊口被37炮直接命中摧毀，日軍完美的防禦火力網迅速變得漏洞百出，雖然日軍剩餘的火力還在不斷射殺接近的**，但不少**突擊隊已經兵臨牆下。隨着隆隆巨響，**包一個接一個爆炸開來，厚實的鋼筋水泥外牆終於被炸開一個個缺口；趙公武見狀立即命令迫擊炮封鎖周邊地域，突擊隊乘亂突入敵營；但已兵臨絕境的前田治也不甘示弱，第219聯隊的2個步兵中隊迎上前來攔截，雙方一陣亂槍之後就撞擊在缺口附近展開拼刺，激烈的搏殺頓時使雙方倒下一大片，然趙公武和前田治不約而同下令預備隊繼續投入，雙方如此你來我往，打的死傷者很快就鋪滿幾處缺口內外。雖然日軍依仗過人的拼刺技戰術初佔上風，但幾番爭奪之後兵力持續不斷增加的**終將日軍壓回，眼見局勢危急，一些日軍低級軍官和士官開始向雙方混戰的人羣裡投擲手榴彈，**也用手榴彈回擊，密集的手榴彈在人羣中炸開，在掃倒雙方几百名殘存的將士同時也終結的雙方的拼刺。隨着越來越多的**從東面和北面擁入海光寺，前田治率領的第35師團主力也在作垂死掙扎，已經退無可退的日軍官兵不斷自發的發動反突擊，有的甚至抱着一包**甚至一堆手榴彈衝入**陣中引爆。雙方死傷都是急劇增加，然日軍控制的地區也越來越少，東、北兩面的第219、220聯隊很快都即將覆沒，只有靠海子的師團直屬隊附近還基本完整，急的前田治一個勁唾罵山下奉文。
這時，同樣被打的節節敗退的山下奉文已經無暇他顧，因爲張自忠已經全線壓上，雖然將士疲憊，雖然減員已大，雖然建制混亂，但西北軍依舊在一屋一樓的緩步推進，每遇日軍堅固的支撐點就不惜用**猛炸，直炸的屋倒樓塌；而日軍的反衝擊雖然拖延了時間但都很快就被不斷擁上的**所粉碎。晚10時，位於金華橋南端的34師團核心據點被蜂擁而上的59軍掃平，守備部隊第217聯隊主力覆沒。
與此同時，星夜南下的安崗/岡部機械化部隊也在一條條火蛇飛舞和爆炸聲中迎來第51軍的阻擊，一聲聲沉悶的爆炸從急速行進的戰車、裝甲車中噴出的炙熱的火焰，幾輛彈藥殉爆的更在巨響中被炸成碎片；後面訓練有素的第1師團和第1戰車師團的步兵立即跳下卡車（當時日軍運兵卡車護欄在中間，方便士兵從兩側和後方上下車）、展開散兵隊形搜索前進，很快就和339團、341團的東北軍交火。火力偵察發現**臨時的戰線後，原本蔓延大路上的戰車羣迅速展開轉成橫隊，支援步兵向**發起進攻。東北軍的輕機槍組和步槍手們藉着微弱的火光和日軍射擊的閃光開始射擊，但對分散隊形的日軍傷害不大，反而給迅速接近的戰車羣以顯著的目標，戰車炮和並列機槍不斷射擊，打的**機槍組非死即傷；然就在日軍貼近**戰線時，一條條火蛇在微弱的爆炸聲中飛向幾十米外的戰車，隨之而來的沉悶爆炸和不斷噴出的火焰昭示了一輛又一輛中型和輕型戰車被破甲拳炸成廢銅爛鐵。見狀在戰線後方親自指揮的于學忠立即下令一線各營連發起反擊，乘日軍被戰車羣嚴重損失、後方主力未至時，兩千餘名**步兵躍出簡易工事撲向日軍。日軍前鋒雖損失了大部分裝甲車輛，頓時處於數量和火力雙重劣勢，但質量很高的雙第一師團的官兵毫不慌亂，以小隊乃至小組就地展開防禦，不斷以精準的射擊和手榴彈殺傷衝鋒的**；但東北軍依仗着黑暗掩護和數量優勢，在付出不小傷亡後還是迅速衝入日軍陣中，以一場混亂而激烈的搏殺將日軍擊退。
就在快速挺進的機械化部隊受挫時，莜冢義男也迫於東京和多田駿的雙重壓力開始向廊坊發起進攻，雙方簡短的前哨戰打過之後，沒有重炮轟擊（大炮還遠遠拉在後方），莜冢就一下子投入4個聯隊對吳克仁67軍搶修了一天的陣地發起了全線進攻。日軍的子彈和各種輕炮彈、還有一些聯隊屬山炮中隊發射的炮彈密集掃過**陣地，但這點輕火力準備對分散式火力點加防炮洞是徒勞無功的，等上萬日軍在槍炮射擊的微弱閃光中接近**防線時遭遇數百挺輕重機槍的橫掃，掩護步兵推進的擲彈筒、步兵炮、90迫擊炮雖然不斷貼近發射，但備有厚實的土木頂蓋的**火力點根本不怕這些輕炮的哪怕直接命中，依舊冒着炮火不斷噴吐子彈掃倒一批又一批日軍。在衆將佐義憤填膺的集體抗議之下，莜冢義男只能鬱悶的暫停進攻等待野戰炮羣跟上來參加戰鬥。
與華北方面軍的懦弱相比，關東軍還是很賣力的。前鋒被打的七零八落之後，安崗和岡部依靠全機械化部隊的快速特性迅速組織起新的進攻，在第1機動炮兵聯隊24門汽車牽引的105榴彈炮強大的火力支援下，第9戰車聯隊60輛97式戰車隆隆殺向**防線，可惜等戰車壓過才發現東北軍早就後撤數裡躲過這一重擊。就這麼打打停停，于學忠率領91、113、114師各1個團輪流上陣，使日軍花了整整4個小時才推進到青龍灣河河邊。
不過在這4個小時當中，莜冢義男等來了野戰炮兵聯隊，在100多門野戰炮推上一線直射、30多門榴彈炮在後齊射轟擊之下，**分散式火力點終於開始成批陷落，不過和每個火力點3－4人1挺機槍那微不足道的損失比起來，日軍消耗的人員、兵器、彈藥乃至最關鍵的時間可以說是巨大的。
中日兩軍就這麼一攻一守、一進一退打過了大半個晚上，一直打到天亮，兩路大軍都離天津都還遙遙無期。
而此時的天津日軍已經接近尾聲，前田治在海光寺只堅持過午夜就被打的下落不明，守軍第35師團司令部、第219聯隊全部、第220聯隊和野炮第35聯隊主力等全軍覆沒。海光寺易手後不久，金華橋以南東西兩側核心工事也相繼陷落；之後是鼓樓被數十包**包炸燬，第34師團被打殘。而南面，凌晨3時中山橋一線陣地被77軍攻克，第35、36師團各一部損失大半。到天亮時分，山下奉文率領的4萬多日軍就只剩下不到萬人被壓縮在海河和南運河交匯的一小塊城區。不過這時候日軍也終於等來了空中支援，200架戰機組成的大機羣隆隆開到把日軍殘餘地區以外的天津炸了個遍，幸好天亮以前張自忠和關麟徵就奉我之令將主力撤退轉移，否則不知道要傷亡多少？
但戰鬥還沒有結束，就在莜冢義男氣鼓鼓的聽着國民政府宣佈**傅作義部收復北平、殲滅天津數萬日寇等等消息而憤然下令全軍突進，卻發現當面之**早就逃之夭夭的同時；同樣因爲發現正面**迅速撤退而加快前進速度、追殺**的安崗/岡部卻被幾架偵察機接連的告急驚呆了——青龍灣河以北還未過河的日軍遭遇襲擊！