队主力五百余人与伪满军一个旅，防御工事最为坚固。
陈耿率领1纵主力逼近此处时，遭遇了顽强抵抗——日军在国务院大楼周围构筑了环形工事，配备了九二式步兵炮与重机枪，疯狂向我军扫射，1纵的进攻一度受阻。
“第一炮纵，延伸射击，轰掉国务院外围工事！”陈耿果断下令，重炮集群调整角度，炮弹如同雨点般落在伪满国务院外围，环形工事被尽数摧毁，日军的步兵炮阵地被夷为平地，守军伤亡惨重。
趁着敌军混乱，1纵战士们发起冲锋，突破了外围防线，逼近大楼底层。
日军守备队队长佐藤大佐困兽犹斗，率领残部退守大楼二层，用机枪封锁楼梯口，还下令点燃大楼内的文件，妄图烧毁伪满政权的罪证。
“冲上去，活捉佐藤！”李大山营长率领突击队，冒着弹雨冲上楼梯，用冲锋枪扫射日军，手榴弹在楼梯间爆炸，日军士兵纷纷倒下。佐藤大佐举着武士刀扑上来，被李大山一枪击中胸口，倒在地上毙命。
上午十时许，1纵战士们冲入伪满国务院大楼，伪满总理张景惠率领一众伪满官员，举着白旗从办公室走出，瑟瑟发抖地跪在地上投降。
战士们扯下楼顶的伪满五色旗，将八路军的红旗牢牢插在伪满国务院的屋顶上，这一刻，沈阳城内的百姓纷纷走出家门，欢呼雀跃，不少人热泪盈眶，高喊着“八路军万岁”“解放了”。
然而，战斗并未完全结束。
沈阳城北的皇姑屯一带，伪满军三个旅的残部约五千余人，在日军顾问的驱使下，依托铁路沿线的碉堡与厂房，负隅顽抗，企图等待关东军的援军。
沈泉率领的5纵、7纵在此处遭遇了激烈抵抗，伪满军的迫击炮与机枪不断射击，我军伤亡逐渐增加。
“周卫国，装甲纵队火速支援皇姑屯！”周龙的命令传来，周卫国立刻率领装甲部队从火车站出发，沿着铁路线向皇姑屯狂飙。
坦克炮与车载机枪横扫铁路沿线的碉堡，伪满军的迫击炮阵地被逐个摧毁，装甲部队冲破敌军防线，插入敌军纵深。
5纵、7纵趁机发起全线反击，战士们与伪满军展开逐街逐巷的争夺战，伪满军士兵士气崩溃，纷纷投降，少数顽抗者被当场击毙。
激战至中午十二时，沈阳城内最后一股敌军被肃清，红旗插遍了沈阳城的大街小巷——故宫大政殿、中街商业街、奉天驿（沈阳站）、东塔机场，每一处标志性建筑上
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