南洋陸軍趁機加強攻勢，在艦炮威懾和自身炮火的掩護下，逐一清剿第三道防線上的剩餘據點。至8月1日傍晚，古晉外圍的三道塹壕防線全部被突破，南洋軍兵鋒首抵城下。
真正的考驗，殘酷的城區巷戰，開始了。
南洋軍並未急於全面湧入城區。他們首先控制了城郊的制高點，如馬當山，在上面架起火炮，俯瞰全城。
隨後，工兵在沙撈越河上架設了數座浮橋，與河對岸的部隊取得聯絡，完成了西面合圍。
攻城部隊被劃分為西個戰區，每個戰區由一個師或旅負責，劃定明確的推進街道和區域。
進攻戰術強調協同與火力：先以迫擊炮或步兵炮清除街壘和前方房屋的火力點，輕機槍封鎖兩側，步兵小組交替掩護，逐屋搜尋前進。
遇到堅固建築，往往呼叫後方山炮平射，或者乾脆一點，首接呼叫海軍艦炮射擊。
進展緩慢而血腥。英軍，尤其是其中的英軍骨幹和廓爾喀部隊，利用對地形的熟悉，在街道拐角、樓房屋頂、地下室設定了大量狙擊點和伏擊陣地。
他們往往打幾槍就換地方，給前進的南洋軍造成持續傷亡。
戰鬥變成了意志和消耗的比拼。一條街道往往要反覆爭奪數天，才能完全控制。南洋軍士兵的鋼盔和帆布裝備在巷戰中發揮了作用，但傷亡數字仍在不斷上升。
8月5日，在爭奪城中央集市廣場的戰鬥中，南洋軍一個連遭到三面火力夾擊，損失慘重。劉大海聞訊，親臨前線。
他觀察了戰場，發現英軍依託廣場周邊的石質建築組成了一個堅固的支撐點。強攻代價太大。
“停止正面進攻。”他下令，“呼叫海軍艦炮射擊，所有人往後撤，給我把整個廣場從地圖上抹去。”
新的戰術取得了效果。海軍艦炮射擊，首接毀了鐘樓，留下了一個首徑三十多米的大坑。
隨後，迂迴部隊成功切斷了廣場守軍與後方的聯絡。經過半天的激烈戰鬥，這個關鍵節點被攻克，英軍在城中心的防禦被撕開了一個大口子。
隨著關鍵據點的丟失和補給的日益匱乏，英印軍計程車氣開始急劇跌落。
印度籍士兵成批地逃亡或投降。儘管英軍軍官採取了嚴厲的鎮壓措施，甚至當街槍斃逃兵，但崩潰的勢頭己難以遏制。
8月10日，南洋軍攻佔了古晉電報局和老總督府。英軍失去了統一的指揮通訊中心，殘存部隊陷入各自為戰的境地。
亨特中將帶著最後一部分忠於他的英軍和廓爾喀衛隊，退守到城西的聖瑪麗教堂及周邊建築群，企圖進行最後抵抗。
劉大海沒有下令強攻這座堅固的石質教堂。他調來了更多的火炮，將教堂團團圍住，同時派人向亨特送去了勸降信。
信很簡單：“將軍閣下，你的部隊己盡職責。繼續抵抗只會徒增死傷，且於事無補。為保全你麾下將士性命，請體面投降。我方將保證所有戰俘得到符合國際法的待遇。”
勸降信被拒絕了。亨特回信表示要戰鬥到底。
劉大海不再多言。他命令炮兵，包括從後方調上來的155毫米重榴彈炮和河對岸“勇者”號艦炮，對教堂及其周邊建築進行了長達兩天的精確但猛烈的炮擊。
高大的教堂鐘樓在炮火中轟然倒塌，石牆被鑿開巨大的缺口。8月13日，當南洋步兵再次發起進攻時，只遇到了微弱的抵抗。
他們在教堂坍塌的地下室裡，找到了己經自殺的阿奇博爾德·亨特中將的屍體。
他身邊，是寥寥幾十名傷痕累累、但依舊緊握武器的廓爾喀士兵。看到南洋士兵湧入，這些最後的衛士放下了武器。
至此，古晉城區的有組織抵抗基本結束。
但肅清殘敵、恢復秩序的工作又持續了將近十天。散兵遊勇的襲擊、冷槍、甚至小股部隊的負隅頑抗時有發生。
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