次日臨晨6時，1兵團總部下達全線進攻的命令。北線第5軍季振同部、第4軍董振堂部，由興凱湖南側、肯特山脈南麓向海參崴挺進。第1軍趙亮部、第2軍張世英部，由綏芬河一線發起攻擊，目標雙城子。第3軍蕭勁光部由東寧一線向東推進，目標海參崴。吉林春化鎮一線，由呂正操率領山東縱隊4個師發動佯攻，目標海參崴。
北中南幾百公裏戰線同時發起浩大攻勢，蘇軍各防守部隊頓時陷入苦戰。進攻發起後，空軍部隊由牡丹江機場、吉林機場集中所有空中力量，分別對綏芬河、雙城子等軍事目標，實施大規模空襲。中山號航母、長城號航母出動艦載轟炸機，重點對海參崴實施轟炸，蘇軍完全陷入被動之中。蘇軍北線援兵在烏亞拚死攻擊，然而，在44軍、特種作戰旅頑強阻擊下，裹足不前。
經過3天激戰，第1軍、第2軍攻占綏芬河，蘇軍被迫退守第2道防線。北線第4軍、第5軍再次重創蘇軍兩支守備師，同時重創了蘇軍一支坦克旅。南線第3軍再次突破蘇軍第2道防線，蘇軍被迫後撤。吉林春化鎮一線，呂正操率領4個師攻入俄境，兵鋒指向海參崴，蘇軍麵臨困境，敗退的跡象明顯。
雙城子蘇第3軍團司令部，55軍軍長季米洛夫走進，司令部內一片狼藉，各司職人員正在忙碌，顯然是要撤退。此時，第3軍團司令官克裏梅茨將軍，已經穿好衣服準備離開。“將軍同誌，戰局如此糜爛，幾天時間我們這條防線支離破碎，米舍洛夫將軍負有不可推卸的責任。”“季米洛夫將軍，這個責任讓米舍洛夫承擔不公平。”
“我們沒有想到敵軍膽敢向我們發動大舉進攻，要說承擔責任隻能讓統帥部來承擔，華西列夫元帥沒有錯，米舍洛夫沒有錯，你我也沒有錯。”言外之意，這是斯大林的錯誤。司令官克裏梅茨說的沒有錯，也許每一位將官都有責任。戰前的狂熱和盲目自信，尤其是對敵人的輕視，是造成困局的主要原因。“將軍同誌，全線潰敗，集群司令部有何指示？”
“敵軍在南線突然出現4個師，海參崴受到致命威脅。為了確保海參崴穩固，集群司令部命令我率領19軍主力，在海參崴西側構築新的防現。戰局如此被動，烏蘇裏斯克的防禦交給你了。”克裏梅茨上前於季米洛夫握手接道：“大敵當前，指責埋怨沒有任何意義，你應該控製自己的情緒！”望著克裏梅茨離去的背影，季米洛夫心情灰暗到低點。
2天後，海參崴南線集群司令部內，失敗的氣氛籠罩。10天時間過去，北線第60集團軍援兵依然被阻截在烏亞，方麵軍司令官華西列夫元帥親自到北線指揮作戰，同樣沒有起色。雖然各部勉強擋住了敵軍的凶猛進攻，但是能抵擋多長時間，米舍洛夫心裏清楚。其實他對戰局的判斷已經失去信心，根本猜不出敵軍的意圖，否則他不會把19軍主力調往南部。
“報告，華西列夫元帥來電！”參謀長把電文交到米舍洛夫手裏。電文沒有什麼新意，要求米舍洛夫，頑強防守，增援部隊正在全力進攻，很快就會南下。米舍洛夫把電報扔到一邊鬱悶道：“敵軍隻有一個軍，7個師居然難以突破阻截，簡直不可思議。”“將軍同誌，中國軍隊經過連年戰爭，他們已經變成一支可怕的軍隊，我們無法回避這個現實。”
參謀長接道：“10天防禦作戰，我們見證了敵軍強大的進攻能力，強大的戰鬥力。目前全體官兵士氣非常低落。我們沒有想到敵軍居然投入7個軍作戰，總兵力達到30萬人，失利在所難免。防守失利在於敵軍集結重兵，在於敵軍空中支援，在於我們沒有任何準備。”“此舉可以看出敵人有更大的企圖，毫無疑問，他們想攻占海參崴，繼而攻占整個烏蘇裏江以東地區。”
“最高統帥部包括華西列夫元帥，恐怕也意識到問題的嚴重性。”“將軍同誌，敵軍在外蒙後退，莫非用外蒙換取烏蘇裏江以東的領土？中蘇之間的領土問題一直懸而未決，敵人是不是發出某種信號。”“不排除這種可能，或者兩者兼而有之。”“如果是這樣的話，中蘇之間勢必要爆發全麵戰爭，你判斷勝麵有多大？”“如果在半年之內我們取勝，粉碎敵人的企圖沒有問題，如果超過半年甚至更長，我們沒有勝利的把握。”
“你分析的有道理，中國土地遼闊、人口眾多，如果戰爭曠日持久，我們會被拖垮的。尤其是漫長的後勤補給線，根本滿足不了前線之需。現在可以得出結論，我們揮兵外蒙是一個戰略性錯誤。”“這不是你我考慮的問題，下一步能不能守住海參崴是關鍵。”“報告！北線敵軍突破第8機械化軍、守備212、213師防線，守備212、213師再次遭到重創，兵力損失過半。”