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著。
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日淩晨成功突破了遼河防線，攻占了遼中，不過也陷入到受日軍兩線夾擊的不利局麵，而為了打破這種不利的局麵，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準之後，立刻開始著手安排進攻沙嶺堡的兵力布置，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-雙台子河進軍，7師和後備2團沿外遼河沿岸進軍，對沙河堡形成鉗製之勢。
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，沿著遼河-雙台子河一線向遼中進軍。
遼中和沙嶺堡相距大約55公裏，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-雙台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分鍾之後，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，因為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，因此隻要第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，就有可望一戰製勝。
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布置了3個前沿陣地，分別是棠樹林孑、富家鎮、興隆台，都是沿遼河布置，其中興隆台的位置偏西，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，也無法布置好完整的陣地，因此隻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、破台子、九台子村、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，而是布置陣地，建立司令部，並且觀察敵軍的兵力布置、戰場等等，同時還等著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，日軍沒有占到任何便宜。而擊敗了日軍的進攻之後，人民軍又布置炮兵陣地，設置觀察點，分派兵力、製點作戰計劃等等，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1 6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師首先由牽引榴彈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、布置均了解清楚，並計算出精準的數據，因此1 8門155毫米榴彈炮一起開火，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。