枪声一起，赵毅知道偷袭已经不可能了，果断地下令强攻，他想利用日军混乱的时机，迅速接敌，凭借他两倍于敌的人数优势，一举全歼日军。
赵毅命令一下，早已做好准备的22旅野炮迫击炮开始射击，负责主攻的1营在炮火掩护下，猛扑车站票房。
这几个月来，除了在四平遇到了东抗的顽强阻击，以及在齐齐哈尔发生了勉强可以算是像点样的战斗，关东军在辽宁、吉林、黑龙江三省内，如入无人之境，各处都是以少打多，即便在辽西，也仅仅以不足三万的兵力把张学良彻底赶出了山海关。而在辽吉黑三省内，东北军更是望者披靡，东北军要么投降和大日本皇军合作，要么逡巡观望，眼看着大日本皇军痛打中**队，可那些胆小如鼠忘记了军人职责的东北军，就好像皇军不是在打他们的同胞似的。
日军近期感觉那可真是爽极了，也棒极了，大有狼入羊群的感觉。
因此，日军很骄纵，到达双城堡车站后，只做了简单的宿营准备，并没有修筑工事安排足够的警戒部队，没有认真搜索周围地区，甚至都没有向近在咫尺的双城堡派出一兵一卒。他们的目标是哈尔滨，对于沿途这些装聋作哑的东北军，他们可懒得理会。
东北军进行作战准备花了整整三个小时，而日军却还浑然不觉。
车站的警械很松弛，日军岗哨放出最远的，距离车站站台也只有两三百米，预警时间很短，等到日军匆忙拿起武器进行抵抗时，1营冲在前面的部队已经冲到车站票房近前，砸开窗户往里面扔手榴弹了，如果其它部队再快一点，完全可以把日军全部堵在室内。
此时，左翼的2营和机枪连也已经扑到东道口，从东北面夹击双城车站。
车站方向枪声一响，炮连的大炮立刻开火，隐伏在南面的3营也迅速出击，抢占了车站南面的西道口，切断了日军的退路。3营依托路基、轨道，开始向车站方进行猛烈射击。
偷袭虽然让日军一时间手忙脚乱，但日军的确训练有素，单兵作战能力极强，枪声一响，日军在极短的时间内即在门窗处架起轻重机枪，对猛冲过来的东北军展开猛烈射击。
日军的轻机枪，也就是著名的歪把子，虽然早在22年就研制定型，可因为日军高层的顽固派坚持认为，决定战争胜负，除了正确的战略谋略，最主要的还是士兵有坚强的精神意志。因此，轻机枪迟迟没有大规模装备部队。
关东军在发动“九.一八事变”后，板垣深感力量薄弱，因为东北实在是太大了，在国内援军无法在短时间内到达的情况下，板垣建议军部，向关东军紧急曾调大量歪把子机枪，以加强关东军的火力。
军务局局长永田铁山，虽然对于军部不敢大量增兵满洲，而只是像挤牙膏似的一个师团一个旅团地增派极为不满，可是在事变之初，有若槻礼次郎内阁的阻挠，在增兵问题上他也无能为力。不过，给关东军调拨武器他这个军务局长就说了算。在永田铁山的指示下，放在仓库里的大批歪把子机枪被源源不断地运到东北，关东军各部队已经提前把轻机枪配置到了小队。
因此，关东军的火力很猛，压得后面的东北军抬不起头来。
在东北军从窗外投进手榴弹后，一部分日军冒着密集的弹雨，夺门而出，端着雪亮的刺刀，和冲到近前的东北军展开白刃战。
因为后续部队被日军火力牢牢压制，人数不占优势，拼刺技术又不如日军，冲到票房近前的一百多东北军大半战死，少部分不得不撤回，远远地同日军展开对射。
因为日军并没有在室外预设防御阵地，赶走了冲到近前的东北军后，也无法在室外坚持，只好又退回票房内。
虽然日军没有工事依托，仅仅凭借车站建筑物仓皇应战，处于被动挨打的不利局面，但是东北军连续组织了几次冲锋，都被日军猛烈的火力打了回来，无法撕裂日军防御阵地，奈何不了日军。战斗慢慢呈现胶着状态。
唯一对日军有威胁的，就是东北军的两门野炮和几迫击炮，只不过这些射手的准头极差，并不能给日军有效打击。而且车站修建得极为坚固，都是钢筋混凝土建筑，挨上几炮也没有大问题。
相反，日军虽然没有火炮，也因为没有室外阵地，迫击炮无法发射，可是日军在火力掩护下，在各个门口支起掷弹筒，不断向外发射。
日军的掷弹筒打得很准，300米射程内的东北军火力点不断被拔除。
随着时间慢慢流逝，东北军夜袭的优势不仅在逐步消失，而且还在日军掷弹筒和猛烈火力打击下，被迫逐步后退。
赵毅太想吃掉这股日军了，也太舍不得放弃好不容易用夜袭得来的优势，战斗从前半夜打响，一直持续到第二天黎明，赵毅还没有下达撤退的命令，还在幻想日军会在他的打击下坚持不住。
也正因为赵毅的忧犹寡断，给22旅造成了巨大的损失。
清晨6点，一个令人震惊，绝对意想不到的情况突然出现了，赵毅得到报告，数百日军援军出现在西面的西家车站，距离双城仅仅只有5公里。
如果此时赵毅冷静一些，指挥部队有序撤退，损失会小得多。可是，赵毅仍然幻想着能消灭车站上的日军。
对于日军的援兵，首当其冲的，就是守在南面，负责断日军后路的662团3营。赵毅孤注一掷，命令3营死守西道口。但3营却架不住日军援军的攻势，长谷部少将指挥日军乘车直接冲进西道口，以猛烈的火力压制住3营。
招架不住的3营被迫放弃阵地，向北撤退和1、2营会合，原本想夹击日军的东北军，现在反而成了日军南北夹击的对象。
而此时，负责主攻的一营已经伤亡惨重，连营长苏成刿都被日军炮弹炸伤。车站上的鹿野新一郎见援兵到来，东北军已经出现混乱，知道这是歼灭眼前这股偷袭东北军的好时机，立刻指挥部队冲出车站，向22旅发起反击。
此时，赵毅才如梦初醒，马上下令撤退。
只是，这时天已放亮，在厚厚的雪地里，想撤又谈何容易。
这里地处松嫩平原，地形开阔，几乎没有可以依托之地，而大地又是白茫茫一片，穿着灰军装戴着红袖标的22旅官兵几无藏身之地，在日军炽烈的追击火力打击下，下死伤惨重。如果撒开腿猛跑，部队必然全面溃散。赵毅无奈，只能咬着牙，尽量控制住部队，边打边撤。只不过，不仅那两门野炮丢了，就连迫击炮也跑丢了两门。
被堵在车站里挨了半宿围攻的鹿野也是发了狠，指挥他的大队对22旅狂追不已，就连赵毅本人也被日军一颗炮弹的气浪从马背上掀翻，险些交待了性命。
22旅退到太平庄一带时，已经伤亡了六七百人，不仅一营长苏成刿和金永山等四名营连长战死，就连661团团长吴永和也死在流弹之下。部队一路被日军追着打，伤员无法收容，都被打扫战场的日军用刺刀杀害。
就在赵毅已经近乎绝望的时候，双城堡方向却突然隐隐传来密集的炮弹爆炸声。
这突如其来的爆炸声，让鹿野吃惊不小，从密集的炮声中判断，这是几十门迫击炮在射击，留在双城堡车站的长谷部指挥的联队直属部队根本没有这么多的迫击炮，这肯定是东北军的援军到了，正在攻击双城堡车站。如果双城堡车站丢了，不仅长谷部少将有危险，他将不得不在野地里迎击人多势众的东北军。
想到这里，鹿野不敢迟疑，马上下令停止追击，全大队火速返回双城堡。
正在攻击双城堡车站的不是东北军，而是韩光第的江北纵队。
韩光第率部赶到双城堡时，已经是早上七点多，鹿野已经率部追赶赵毅离开了双城堡，留在车站的只有长谷部率领的联队直属部队在打扫战场，两门被日军缴获的野炮正在被拖向车站。轻易就击败数千东北军，让日军很兴奋，警戒也十分松弛。
听着越来越远的枪炮声，再看看车站上松懈的几百日军，韩光第果断地命令一支队对车站发起攻击，二、三两个支队向车站两翼展开，准备迎击回援的日军。
一支队和纵队炮兵营几十门迫击炮，首先向车站上的日军展开猛轰，在突如其来的猛烈炮火打击下，车站上的日军顿时大乱，日军万万没想到刚刚打得东北军大败溃逃，现在竟然又有一股穿草绿色军装的中国部队赶到双城堡，不仅胆敢对他们发起攻击，而且火力还更加猛烈。
混乱中，一部分日军跑回车站票房等建筑物内，一部分日军则跑到站台上的列车后进行抵抗。