大同城内日军司令部被摧毁的当晚 11 时许，大同城内的日军经过精心筹划后，猛然向大同北边的包围圈展开了激烈突围。
原来，当大同日军司令部被摧毁之时，108 师团 105 联队联队长野田浩大佐恰好正在检查城垣防御工事，从而侥幸逃过一劫，也成了城内军衔最高的指挥官。
在新的日军指挥部内，争论声此起彼伏。26师团十二联队一位大队长大声说道：“此时突围风险太大了，八路军一旅刚到大同，他们的工事虽未完全筑牢，可他们的的火力实在凶猛，而且北边包围圈未必如我们想象中那般薄弱。贸然突围，很可能让我们陷入更加危险的境地。”
105联队的一个大队长则情绪激动地反驳：“不突围能怎么办？继续待在这被重重包围的大同城内，迟早会被八路军的炮火吞噬。我们必须拼一把，才有一线生机。”
野田浩坐在那里，面色凝重，他深知这个决定关乎着城内众多士兵的生死。他的内心充满了压力和纠结，一方面，他明白继续坚守大同可能会面临全军覆没的危险；另一方面，突围也充满了不确定性，一旦失败，后果同样不堪设想。
当日军决定突围后，不到半小时突围计划就被李默李默通过电台报告给了陈司令。
而在八路军这边，陈司令站在指挥所内，神色冷静而果断。他的目光紧紧盯着地图，大脑飞速运转着。对于日军的这次突围，他早有预见，并且已经做好了充分的准备。他有条不紊地发布着一道道命令。
一旅的战士们则严阵以待地守在阵地上。当看到日军如汹涌潮水般发起冲锋时，他们紧紧握住手中的武器，等待着敌人的靠近。
当日军步兵发起冲锋时，早已严阵以待的一旅坦克犹如钢铁巨神一般缓缓开上阵地，散发着令人敬畏的强大气场。出乎意料的是，自包围大同以来，一些隐藏极深的日军火炮也从各自的藏匿之处现身，开始进行炮击。
由于这些火炮紧急启用了备用阵地，仅仅经过了大致估算，又因为炮弹数量不足，所以没有进行试射和校正。
结果日军一开炮，大部分炮弹都远远偏离了一旅的阵地，甚至有几颗炮弹落入了日军自己的阵线中。
日军开炮之时，在自己的阵地上引发了熊熊大火，使得日军步兵早早地就暴露无遗。原本计划的奇袭瞬间转变为强攻。
倘若野田浩足够明智，此时就应该立刻取消这次进攻。 在距离一旅阵地 300 米的地方，日军士兵们在军官的指挥下拉开了散兵队形。他们微微弯着腰，手中紧握着装有刺刀的三八式步枪，走在散兵线前端的日军机枪手则端着大正十一年式轻机枪和九六式轻机枪。
让人觉得颇为荒诞的是，九六式轻机枪上竟然也安装着三八式刺刀！当逼近一旅阵地前 300 米的时候，随行的九二式重机枪和曲射炮开始寻找合适的射击位置。
高举着指挥刀走在前面的山本一夫大队长猛地一挥手臂，面目狰狞地高声大喊道：“冲锋！冲锋！”
“板载！板载！”日军步兵纷纷呐喊着，加快了冲击的步伐。在这个距离上，他们已然绝望地看到一旅阵地上徐徐开来的坦克。
然而，进攻命令已经下达，他们只能义无反顾地前进。日军士兵们的脸上充满了恐惧和绝望，但在武士道精神的洗脑下，他们又不得不将这些情绪转化为奋勇向前的动力。有的士兵眼神空洞，仿佛失去了灵魂，只是机械地迈着步伐；有的士兵嘴唇紧闭，满脸通红，似乎在努力压抑着内心的恐惧；还有的士兵一边冲锋一边低声祈祷，希望能够在这场残酷的战斗中存活下来。
“开火！”先开火的是阵地上的迫击炮和坦克炮，随即密集的机枪声夹杂着冲锋枪、高射机枪的声音响成一片。
接着，阵地后面的 76 毫米山炮和加农炮也咆哮起来。 冲锋在前的日军机枪手只是微微颤抖了一下身体，便摔倒在地。后面的人又继续拾起机枪继续冲锋。
在暴风骤雨般的射击声中，日军的进攻部队如同撞到了坚硬无比的铜墙铁壁一般。那些疯狂叫喊着的日军士兵仿佛在原地瞬间被成排枪决一样，大多数日军士兵都是在奔跑途中中弹倒地的。
被杀伤力惊人的 12.7 毫米高射机枪子弹击中的日军官兵几乎都是四分五裂。一名被高射机枪子弹击中大腿的日军少佐抱着断腿在地上痛苦地翻滚挣扎着，他的脸上满是痛苦和绝望，嘴里发出凄厉的惨叫声。
密集的弹雨和频繁的爆炸声交织在一起，没有人会顾及到同伴的伤亡。所有人只有一个念头，那就是冲上八路军的阵地，将他们全部消灭。巨大的伤亡已经让大部分日军官兵失去了理智，众多的日军士兵踏着同伴的尸体嚎叫着奋力冲击。
八路军虎式坦克上的 100 毫米直射火炮和12.7毫米高射机枪已经开始清扫日军的重机枪和迫击炮这些对守军威胁较大的目标。
一挺挺日军的重机枪和迫击炮在坦克的直射下，连同射手那残破的身躯接连飞起，散落在夜空中，到处散落的尸块和机枪那扭曲的残骸让日军心惊胆战。
但是，日军的掷弹筒却让人防不胜防。尤其在近距离日军所装备的八九式掷弹筒在经验丰富的老兵操作下，命中率几乎百发百中。
由于前沿工事内的机枪设置密集，几乎每一发落入阵地的榴弹就能摧毁一挺机枪。
在八路军密集的火力面前，缺乏炮火准备的日军尽管付出了惨重的伤亡，却依旧顽固抵抗，不断地发起一次次冲锋。对于他们来说，死在冲锋的路上总比蹲在城墙上被重炮炮弹炸得粉身碎骨要好得多吧。
两个日军士兵躲在一处掩体后，其中一个满脸惊恐地说：“这根本就是送死，我们为什么还要冲？”另一个士兵咬着牙说：“没办法，命令就是命令，我们只能服从。”
对于日军的这次突围，陈司令早有预见。他深知，没有哪支部队能够承受得住如此猛烈的炮击而不崩溃。
一个多小时后日军的突围攻势已经出现了减弱的迹象。陈司令立即命令所属各炮群对日军突围部队集结区域实施炮火覆盖，四旅立即冲入城内在李忠贵的伪军配合下不断地占领日军曾经坚守的工事。