下午2點，兩路人民軍對日軍的沙嶺堡主陣地發動了進攻。
盡管土屋春光還想拚死抵抗，但這個時候日軍的大勢已去，不可挽回。人民軍首先集中火力，以18門牽引炮和2門自行火炮為核心，對日軍的陣地進行猛烈火炮打擊，隨後其他各火炮也都紛紛開火，在短短20分鍾內，向日軍的陣地傾泄了20O0餘發各種炮彈，幾乎將整個日軍的陣地全部都覆蓋了一遍，而日軍構築的防禦工事也被催毀了大半。
隨後人民軍向沙嶺堡發動進攻，日軍雖然拚死抵抗，有不少日兵甚致選擇和人民軍的士兵同歸於盡來阻止人民軍的進攻，但還是難以阻止陣地一點一點的被人民軍攻占，各個要點也一個一個的被人民軍攻克，日軍的陣地逐步的減少。戰鬥進行到下午4點鍾的時候，冒千的陣地己被人民軍壓縮到不足兩成，土屋光春見戰局的大勢已定，隻得下令從陣地撤退，向東北方向轉移。
日軍在撤退的過程中，又遭到了人民軍的追擊，結果損失慘重。而且還有幾個陣地的日軍撤退不及，被人民軍包圍，不是被人民軍全殲，就是被俘虜。到傍晚6點15分的時候，戰鬥基本結束，人民軍完全占領沙嶺堡。
整個戰鬥持序了兩天的時間，人民軍取得了全麵的勝利，也徹底擺脫了兩麵夾擊的不利局麵。
其實就在人民軍集中兵力，全力進攻沙嶺堡的時候，日軍也同樣集結軍隊，向遼中進攻。這一次進攻，日軍共計聚集了一個師，三個旅，一個騎兵聯隊，以及遼中失守以後，將敗軍重新整編的一個聯隊，總計兵力達4.2萬左右。
而主將仍然是第四軍團的司令官野津道貫大將。因為在日本陸軍的諸將當中，野津道貫是比較有能力，並且資曆深原的將軍之一，滿洲軍司令大山岩認為還是應該在給野津道貫一次證明自己的機會，而且這時旅順的局勢已經惡化，乃木希典都已經做好了殉國的準備，而日軍要挽回目前的局麵，那麼遼河這一戰就必須打贏，隻有將人民軍堵在遼河西岸，日軍才有餘力聚集兵力，去收複旅順。
而要將人民軍堵在遼河西岸，就必須收複遼中，擊敗己殺過遼河的人民軍，野津道貫被大山岩認為是除了兒玉源太郎之外，最適合擔任收複遼中的人選。盡管是他輸掉了遼中，讓人民軍突破了日軍的遼河防線，但大山岩也知道，這也並不能全怪野津道貫，而且現在兒玉源太郎是滿洲軍司令部的總參謀長，有負責全局作戰的責任，不可能派去指揮一個局部的戰場，因此最終還是隻能用野津道貫。
其實在野津道貫心裏，也憋著一肚子火，因為他在日本陸軍諸將中，一向是以善於突擊進攻而著稱的，但守衛遼河防線的主要責任都是防守，而且還是極為被動的一種，隻能等著人民軍向遼河發動進攻，連主要出擊，以攻代守都不行，這簡值就是讓野津道貫棄長而用短，因此在這幾天，野津道貫也沒少向大山岩發牢騷，說自己完全是被束縛了手足戰鬥，如果國內批準了自己提出的主動進攻遼河西岸，殲滅人民軍的作戰計劃，就根本不會有遼河的失敗。
而得知自己被任命為進攻遼中的指揮官之後，野津道貫也十分高興，認為自己終於有機會一雪前恥，為自己正名了。當然野津道貫也十分清楚，自己獲得挽回名譽的機會同時，也是走上了一條不歸路，因為進攻遼中的戰鬥，是隻能成功不能失敗的，而一但這次的戰鬥失敗，那麼在旅順已經決心以身殉國的乃木希典就是自己的榜樣，而且說不定自己還在乃木希典的前麵為日本盡忠。
當然，野津道貫對於這一戰還是存十分充份的信心，因為現在日軍對人民軍形成了兩線夾擊的優勢，盡管在沙嶺堡駐守的隻有一個師團，但畢竟能夠對人民軍形成足夠的牽製作用。
但就在野津道貫出兵進攻遼中的途中，收到了駐守沙嶺堡的第11師團師團長土屋光春中將的電報，這才知道人民軍已經集中了兩個師，兩個團的兵力進攻沙嶺堡，土屋光春己退回到沙嶺堡駐守，並建議野津道貫，趁著現在遼中的兵力空虛，盡快攻克遼中。
看完電報之後，野津道貫立刻派遣偵察兵偵察，很快就確定了土屋光春的報告沒有錯，人民軍的主力果然去進攻沙嶺堡，現守衛遼中的兵力隻有1個師，1個團，還有一個師駐守在遼河西岸，全部加起來也不到3萬人，而且據說都是二線軍隊，因此土屋光春的這個建議確實具有很大的實施性，簡單的說，現在日軍和人民軍雙方都是用的“上馳對中馳”之策，因此勝利就取決於那一方的主力首先擊敗對方的留守軍隊，攻占對方的陣地。