2月14日，凌晨五點，就在熱河戰場開打的同一天，新5軍也向山海關發起了進攻。
山海關外，新5軍的炮兵陣地上，一門門火炮蓄勢待發，揚起了炮口。
新5軍軍長劉小偉站在一處臨時搭建的觀察所裡，面前攤著一張山海關的城防圖，上面用紅筆密密麻麻標著十七個外圍據點。
站在他身邊的是新27師師長劉建章和新28師師長宋金髮。觀察所外面的公路上，一隊隊步兵正沿著路溝向預定位置運動。
“吳司令把集團軍直屬的四個炮兵團都給了我們。”劉小偉的手指在地圖上點了點，“野炮團、山炮團、戰防炮團、火箭炮團，加上我們軍的炮兵，今天早晨能打響的火炮超過兩百門。”
他抬頭看了一眼窗外，天邊剛泛起魚肚白。
“通知炮兵，五點四十開炮。劉建章，你的新27師從西面主攻關城正面，650團打頭陣。宋金髮，新28師分成兩路，653團從北面撫寧方向迂迴切斷山海關到綏中的公路，654團從南面沿海岸線推進，防止日軍從海上逃跑。655團作預備隊，留在手裡等我命令。”
劉建章問：“軍長，外圍十七個據點怎麼分？”
“炮火準備的時候，火箭炮團專門打據點。”劉小偉指著地圖上標了紅圈的位置，“第一輪齊射打掉城牆正面的九個，第二輪打掉南北兩翼的八個。打完之後，你的步兵衝上去清剿殘敵，炮兵轉為縱深射擊，炸日軍在關城內的集結點。”
宋金髮接著又問：“軍長，山海關守軍雖然只有三千人，偽滿軍一千五，但關城牆高牆厚，正門城樓有鋼筋水泥加固過。我們的榴彈炮轟得開嗎？”
劉小偉看了他一眼：“轟不開也無妨，我們還有空中支援。”
他頓了頓，又說：“吳司令在戰前會議上說過三天拿下山海關。我跟他說，一天就夠了，所以今天日落之前必須給我拿下山海關。”
五點四十分，炮擊準時開始。
率先開火的是集團軍直屬火箭炮團，三十六門一百零二毫米火箭炮在陣地上一字排開，炮管在晨光中冒著青煙。一聲令下，一百多枚火箭彈拖著白色的尾跡飛向山海關外圍據點，天空中佈滿了密集的煙痕。
緊接著，野炮團的七十五毫米野炮、山炮團的七十五毫米山炮、戰防炮團的四十七毫米戰防炮同時開火。新5軍軍部直屬的榴彈炮營十二門一百零五毫米榴彈炮對準關城正門的城樓猛轟。
山海關外圍的一號據點在炮擊開始後不到三分鐘就被火箭彈直接命中了。據點的彈藥箱被引燃，連串的爆炸把土木磚石結構的碉堡整個掀上了天，裡面的日軍一個分隊全部被埋在了廢墟里。
二號據點的日軍反應很快，士兵們在炮擊中鑽進了地下掩體。但國軍的戰防炮團把炮推到了距離據點不到八百米的位置上，用直接瞄準的方式一炮一炮敲掉了據點，使得日軍失去了防禦第最大依仗。
到上午八點，山海關外圍十七個據點已經被打掉了十三個。殘餘的四個據點都在北面和南面的側翼，被新28師的653團和654團分別包圍了。
劉小偉在觀察所裡用望遠鏡看到了前線情況後，放下望遠鏡，對傳令兵說：“告訴劉建章，650團可以上了。”
很快，衝鋒號吹響，650團團長韓志成親自帶著一營衝在最前面。
山海關西面的城牆是明代修築的老城牆，青磚砌成，牆基厚實。日軍在外圍據點失守後把全部重機槍都調到了城牆上，射擊孔裡不停地往外噴著火舌。650團一營的戰士在距離城牆兩百米的空地上被壓住了，趴在一片冰凍的地上抬不起頭。
韓志成趴在田埂後面喊了一聲：“迫擊炮！給我炸掉城門樓左邊那個機槍眼！”
國軍士兵迅速架起迫擊炮，一輪齊射後，鬼子的重機槍連槍帶人一起炸上了天。
韓志成從田埂後面跳起來，衝鋒槍頂在肩上，大喊了一聲：“跟老子衝！”
650團一營的戰士從地上爬起來，像潮水一樣湧向城牆根。城牆上殘存的日軍士兵從垛口往下扔手榴彈，不少國軍戰士被彈片殺傷。國軍後方的輕重機槍、機關炮火力全開，瘋狂壓制日軍火力點。
工兵班用爆破筒將城門炸開了一個大洞，650團一營二連的戰士從豁口裡鑽了進去，和城門口守著的一隊日軍展開了近距離對射。
上午九點半，山海關西門被突破。
劉小偉在觀察所裡接到劉建章的電話：“650團已經進了西門，正在和日軍打巷戰。城牆上的日軍還在抵抗，但火力已經被壓制住了。”
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