7月30日拂曉，山下奉文在指揮部裡做出了一個讓所有人都感到沉重的決定。
他撤下了已經打殘的第3師團，將第9師團調至城北正面，接替進攻第66軍陣地。同時從預備隊中抽出第24師團，配屬兩個速射炮大隊、一個重迫擊炮大隊和一個反坦克炮大隊，命令其從城北偏東方向進攻北大營。第24師團是去年平津會戰中被國軍全殲後重新組建的部隊，一直駐紮在黑龍江，這次被緊急南調參戰，師團裡計程車兵雖大部分是新兵，但求戰慾望極強。
“北大營是瀋陽城北的重要支撐點，拿下它就能動搖敵軍整個城北防線。”山下奉文的手指在地圖上重重一敲，“第24師團必須在今天中午之前突破外圍，日落之前拿下北大營。”
與此同時，城西的阿南惟幾也在調整部署。他把損失慘重的第11師團撤下來休整，讓第1師團繼續正面猛攻獨1師陣地，同時將獨立混成第25旅團調至瀋陽西北方向，命令其攻佔城外的戰俘營，從西側切斷國軍城防與外圍的聯絡。
清晨六時，炮擊開始。關東軍的炮火比前幾天更加瘋狂，炮彈不要錢似的往國軍陣地上砸。
第66軍第29師85團和86團據守北大營，陣地周圍遍佈碉堡和交通壕，防禦工事修得比第一道防線更加堅固。
炮擊過後，第24師團的步兵以大隊為單位輪番衝鋒，速射炮和重迫擊炮對著國軍碉堡猛轟，反坦克炮被推到前沿直接瞄準射擊。
85團團長姓馬，山西人，打起仗來又倔又硬。他把團部設在北大營正中央的一棟磚石營房裡，四面牆壁厚實，炮彈打上去只崩掉一層皮。電話線被炸斷了三次，通訊兵每次都是頂著炮火爬出去接，最後一次連人帶線被炮彈炸飛，馬團長乾脆親自跑到前沿指揮。
“機關炮對準西面那個缺口！小鬼子從那邊衝進來了！”
四門厄利孔機關炮調轉炮口，對準被日軍速射炮轟開的圍牆缺口猛烈開火。衝進缺口的日軍步兵被炮彈炸得血肉橫飛，屍體在缺口處堆了半人高，後面的人踩著屍體繼續往上衝。85團計程車兵趴在缺口兩側的沙袋後面，步槍和衝鋒槍交替射擊，手榴彈雨點一樣往外扔。一個日軍少佐拔出軍刀想帶頭衝鋒，剛爬上屍堆就被一槍擊中眉心，仰面倒下去被後續湧上來計程車兵踩成爛泥。
86團防守的北大營西側同樣陷入激戰。日軍重迫擊炮大隊的炮彈像下雹子一樣砸進國軍陣地，86團的多個機槍碉堡被炸塌，裡面的機槍手被埋在瓦礫堆裡，旁邊計程車兵用手把碎石刨開拖出傷員，然後自己坐進去繼續射擊。一個機槍手雙腿被壓斷，上半身還能動，他趴在碎石上操著機槍打了整整二十分鐘，直到流盡最後一滴血。
激戰從清晨打到午後。
第24師團連續衝鋒七次，七次都被打退。北大營外圍的麥田裡鋪滿了日軍屍體，速射炮和反坦克炮被國軍炮火擊毀了十幾門，炮兵傷亡慘重。下午兩時，第24師團長不得不下令暫停進攻，重新整頓部隊。
城西獨1師的陣地上，戰鬥同樣慘烈。第1師團換下了損失慘重的第11師團後，攻勢比前兩天更加兇狠。周銘蹲在指揮所裡，電話從不離手，嗓子已經喊啞了，每說一句話都像在砂紙上磨刀。
“師長，正面又上來兩個大隊！”參謀長捂著另一隻耳朵對著話筒喊。
“炮兵呢？給我往死裡打！”
瀋陽城內的重炮再次發威。七十二門重炮對準第1師團的進攻出發陣地實施了二十分鐘的火力覆蓋，炮彈把日軍後續梯隊的集結區炸成了一片焦土。但第1師團的先頭部隊已經衝到了獨1師陣地前沿，雙方在戰壕裡隨即展開激烈的短兵相接。
西北方向，獨立混成第25旅團對戰俘營的進攻變成了一場噩夢。
戰俘營由獨1師第3團防守。該團在戰俘營外圍修了十二個鋼筋混凝土碉堡，碉堡之間有交通壕連線，整個陣地像一張蜘蛛網，每一個火力點都能互相支援。獨立混成第25旅團衝了三次，連外圍碉堡的邊都沒摸到。
下午四時，旅團長親自督戰，集中全旅團的重火力對著外圍碉堡猛轟。兩個小時後，三個碉堡被炸塌，防禦圈被撕開了一個口子。日軍步兵蜂擁而入，但國軍立刻從交通壕裡反擊過來，雙方在戰俘營外圍的廢墟里展開了長達五個小時的拉鋸戰。
打到半夜，獨立混成第25旅團勉強佔領了戰俘營的地面建築，但全旅團已經拼得所剩無幾。出發時滿編的六千多人，收攏時能站著的不到兩千。旅團長站在戰俘營的廢墟里，看著滿地的屍體，臉色比月光還白。
次日，關東軍再次組織大規模進攻。
山下奉文集結重兵壓了上去，攻勢之猛烈，前所未有。
第9師團在第66軍陣地上打了一整天，傷亡超過三千，僅推進了不到五百米。
第24師團繼續猛攻北大營，85團和86團的陣地被壓縮了三分之一，但核心陣地仍然牢牢控制在己方手裡。
第1師團在城西付出了兩千多人的代價，勉強在獨1師的防線上撕開了一個小口子。獨立混成第25旅團在佔領戰俘營後已經無力繼續進攻，只能原地固守。
凌晨兩時，瀋陽城防司令部。
吳青站在地圖前，手裡拿著一份剛收到的戰報。第66軍軍長嚴世貴的電話緊跟著打了進來。
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