然而，就是這樣倉促的抵抗，寬城子守軍竟然將日軍一個聯隊硬生生擋在了門外。
戰鬥開始後，日軍以三中隊為最右翼，二中隊一部居中，一中隊為左翼，同時向東北軍據守的三個建築物發起衝擊。早晨6時半左右，日軍占領東側營房一角，但後續部隊在通過營房以南的開闊地時，遭到東北軍官兵猛烈火力的阻擊，進展緩慢。又經過兩小時激戰到8時半，日軍第一、二大隊方才突破了兵營的東南一角。但是因為入口狹窄，被東北軍火力封鎖，傷亡不斷卻無法深入。此時，日軍呆板的指揮才稍有變通，派出一個小隊向營房後迂回，結果被守軍識破，遭到猛烈射擊，迂回部隊指揮官熊川少尉也被打死。
估計此時日軍指揮官大島一定非常後悔，因為寬城子兵營扼長春大門，日軍急於占領此地，若當初如傅營長所要求的那樣撤離而不繳械，恐怕寬城子早就拿下來了（或許因為這個原因，長春城內孫錫麟營最終未繳械而撤出）。現在日軍攻占長春的進展很不順利，攻擊南嶺的守備第一大隊也被守軍頂住無法攻克。假如東北軍上層了解情況後改變政策，以長春為契機堅決抵抗，東北各地尚有十幾萬東北軍，而日軍加上越境增援的駐朝鮮日軍也不過四萬人，關東軍的擅自行動有胎死腹中的危險。
大島幹脆下令打起聯隊軍旗，一直迫近到散兵線後一百米督戰。然而依然沒有多少作用，日軍繼續被死死壓製住。直到上午10時10分，趕來助戰的日軍攜帶三門大口徑平射炮趕來，才占據了優勢。此時長春警察分署署長孫佩琛奉東北邊防軍副司令長官部參謀長熙洽命，帶“避免衝突”的急令，前來勸守軍撤退。守軍此前多次請求上級指示，得到的都是要求不得抵抗的命令，至此失望已極，乃於中午11時，向北衝出軍營突圍，一部突出，一部被日軍繳械。
而日軍自己統計，此戰傷亡57人，東北軍陣亡70人，盡管一方倉促應戰，給日軍造成的殺傷並不小。
寬城子守軍打到這個程度，第一是因為同仇敵愾，戰前因為日軍在東北橫行霸道，已經在很多東北軍官兵心中種下仇恨的種子。從現在得到的資料看，東北軍內部民族主義教育也頗有氣候，加上營長被殺，守軍有堅決抵抗的決心。第二是因為東北軍裝備當時還是不錯的，一個團有六門平射炮，六門迫擊炮，輕重機槍配備合理，有一定的戰鬥力。第三，則是日軍在“九一八”事變初起時雖然訓練裝備都不錯，但依然處在從和平時期向戰爭時期的轉型中，其指揮能力、作戰水準還沒有達到巔峰狀態。
“九一八”初起，擁有兵力優勢，又有兵工體係的東北軍未能進行有效抵抗，喪失了遏製日本侵華狂潮的最好時機，而寬城子之戰也讓人感到不由扼腕。