在這種態勢之下，京城內的偽滿各大機構，包括哪些牌位一樣的滿籍官員在內早就已經全部撤離。十餘萬日本僑民，除了所謂的在鄉軍人重新被征召進入現役之外。所有的老弱婦孺也全部撤離，通過鐵路轉運至南滿。
所謂滿籍人之中所有的技術工人、知識分子、學生，也全部被日軍強行南遷。目前整個城內，隻剩下二十餘萬在關東軍眼中，除了肉盾之外幾乎已經不再有任何利用價值，生活在最底層的普通百姓。原來曾經因為是偽滿政治、軍事、經濟中心，而出現畸形繁華的新京城，已經大半成為一座空城。
經過數月的搶修，此時的新京城主城區，幾乎整個都被關東軍修建成為一所要塞。不僅市郊遍布了大大小小的明碉暗堡等工事群。就連城區內所有的地上建築，全部改造成為工事。偽滿八大部金碧輝煌的幾座大樓，全部被改成了堅固的工事群。
臨街的大大小小所有相連的建築物，內部之間全部被打通。所有臨街的除了留下射擊孔之外，絕大部分的窗戶全部被砌死。城區伊通河上的所有橋梁，都埋設上了炸藥。主要的街道上，都布滿了地雷。而新京守軍的司令部，也遷移到偽滿中央銀行那座兼顧的地下儲備室內。
經過改進後新京城的日軍整體防守體係，可謂是相當的嚴密。但是其將大部分的城區居民都遷移，也讓抗聯少了許多的顧忌。上來便動用了上至二百四十毫米榴彈炮，下至大量七十五毫米山野炮的全部火力實施火力支援。
盡管二百四十毫米榴彈炮，目前隻有戰前從美國運來的一千枚，射程也相當的近。但是這種火炮的威力卻是實打實，一炮下去半個街區都變成了一堆瓦礫。麵對著這款自己製造的大威力榴彈炮，挨了一頓胖揍的日軍卻是無可奈何。
即便是在第一階段會戰之中屢次吃了大虧，但仍舊找不到合適的應對之策。再堅固的工事，也扛不住一發炮彈的轟擊。在這種大威力的榴彈炮，以及大大小小上百門火炮的火力支援之下。北麵發起的部隊，進展速度相當的不慢。
經過一天的激戰，北麵發起攻擊的部隊。在坦克的掩護之下，經過反複爭奪，先後拿下寬城子車站、第一國民高等學校、新京畜產獸醫大學、寬城子警察署、高砂町等新京城北日軍固守的要點。其中最堅固的寬城子車站、高砂町北部日軍陣地，都是在二百四十毫米榴彈炮的火力轟擊之下，在短時間之內順利拿下的。
戰至二十日黃昏，新京北正麵的突擊部隊，已經相當一部分的兵力突入鐵路線以南的新京主城區。在新京北城區，與日軍展開激烈的巷戰。而在城西的攻勢，也逐次逼近了環城公路城西段。隻有城東方向，因為日軍的頑強抵抗，切斷新京至雙陽公路的戰鬥打成了膠著狀。但第一天的進展，王光宇仍舊可以說是比較滿意的。
盡管對抗聯的裝甲集群攻勢，也與華北方麵軍一樣有了一定的心理準備。但是整個新京戰場的關東軍，卻依舊被從四個方向同時壓過來的鋪天蓋地的坦克集群，打的是措手不及。尤其是懷德方向裝甲二師采取的古怪戰術，讓日軍幾乎毫無準備。成為整個新京戰場，第一麵被突破的關東軍防禦地帶。
關東軍對抗聯坦克數量的上判斷，還停留在第一階段會戰之中。關東軍從上到下就壓根就沒有想到過，抗聯居然一下子會多出這麼多的坦克。原本之前發現抗聯通過鐵路將大量的坦克向西輸送，還以為禍水東移的關東軍在心中還在暗自慶幸，抗聯的裝甲鐵拳不會砸在自己身上。
盡管在戰役打響之前，前沿各部隊也多次聽到坦克發動機的轟鳴聲。甚至在新京以北的日軍，已經清晰的看到抗聯的坦克正在攻擊發起地域移動。但對於關東軍來說，抗聯坦克部隊的主力已經全部西進，剩下不多的坦克數量不過是皮毛而已，對新京戰場上的關東軍大軍沒有什麼太大的威脅。
就算全部投入到一線作戰，也不會對新京戰場上有多少威脅。盡管吃了多次大虧的關東軍，對來自抗聯內部有限的情報，已經是相當不信任了。但戰役打響之前，四洮鐵路上西運的大量坦克，卻是讓他們被迷花了眼睛。
他們將更多的精力，都用來構築防禦步兵突擊攻勢的野戰工事群上。而沒有像華北方麵軍那樣，固執的認為抗聯會使用大量的坦克發起大範圍的迂回穿插、分割戰術，而那麼拚命的想盡一切辦法湊集反坦克火力。
反倒是在發現抗聯大量坦克西運之後，將原來部署在新京周邊戰場，尤其是西麵的反坦克火力，大部分調往了新京市區內。雷區的麵積，也開始縮小。原本埋設的反坦克地雷，大部分都被重新起出來，送往了可能會遭受抗聯坦克威脅的雙遼一線。