15時起，雪花紛飛中國軍在俄軍外圍各個方向升起載人氣球，這些已經過時的炮兵校正氣球其實是接收公主嶺關東軍軍校的存貨，但在這種惡劣天氣、飛機無法使用的情況下反而起到意想不到的效果。　　隨著國軍從四面八方試射的日製150和美製155榴彈炮彈越來越準的擊中目標，普爾卡耶夫就是在愚蠢也知道大勢不妙了，一面向華西列夫斯基報告，一面下令部隊緊急變陣固守待援，已經疲憊不堪的俄軍在國軍越來越多的炮彈爆炸當中、不顧傷亡和損失，在坦克群掩護下拚命挖掘防禦工事;還剩些炮彈的野炮和榴炮也盲目朝的國軍炮群大致位置實施干擾射擊，但缺乏有效引導，效果寥寥。

　　1個半小時，上萬發重磅炮彈在俄軍陣地內爆炸，又使俄軍增加了好幾千傷亡，不過對被圍俄軍而言損失更大的是上千輛車輛上運載的彈藥和糧食等補給被炸毀，連普爾卡耶夫的方面軍前線指揮所由於高高的天線陣目標醒目也挨了幾十發炮彈造成通訊設備皆毀。

　　天一黑，跑到第16集團軍切列米索夫司令部裡的普爾卡耶夫急急忙忙的下令重武器和車輛借著黑暗掩護移動位置以避開被測算位置的國軍重炮群轟擊;但他們很快就發現已經不需要轉移了，因為國軍的美製36管希神4.6英寸火箭炮群已按傍晚測算的數據開始齊射，90輛自行火箭炮用3240發炮彈覆蓋了俄軍核心區域;而後數百門重榴開始全面持續射，重磅炮彈以每分鍾超過100發的速度在俄軍中爆炸，打的缺乏炮彈的俄軍炮兵很快就放棄反擊躲進防炮洞裡;10分鍾後，希神多管火箭炮又是一輪齊射，將正在搶救物資的俄軍炸的七零八落。

　　當向各個方向的試探性進攻被相繼趕了回來之後，普爾卡耶夫徹底死心了，趕緊布置死守，還剩有戰鬥力的18萬多俄軍主力分守四面和核心陣地，剩下的300多輛坦克和自行火炮重新編組成3個支隊，在挑選出來的精銳步兵協同下作為機動力量;至於已經失去大炮的炮兵、挖完工事的工兵和已經沒有補給的後勤人員則一起被趕進戰壕分配給缺員的步兵單位。接下來包括上萬傷員在內的俄軍上下就靜待國軍的圍攻了，但地面進攻一直沒有發起，國軍隻以重榴和火箭炮反覆轟擊，仗著大量美援和關東軍庫存，整整炸了俄軍一整夜。

　　從以為國軍立即進攻到夜半進攻再到凌晨進攻，等過了黎明卻還是未見國軍進攻的俄軍在艱難的煎熬過這國軍歷史上最長的17個小時炮擊後，地面上只剩下200余輛坦克還可以行動了，其余數千輛車輛和上千門大炮幾乎全毀，數萬官兵雖躲在防炮洞裡也被炸死炸傷，剩下的也隻覺腦袋裡嗡嗡直響、耳鳴不已。

　　反正是冰天雪地，周圍一切早被雙方反覆摧毀，根本無法發動大規模夜襲，國軍的進攻就這麽堂堂正正放在大白天開始了。8個整編旅在已經超過俄軍N倍的強大火炮及少量戰車支援下從東、南、西三面發起進攻;精力和體力已經嚴重透支的俄軍依舊頑強抵抗，列強軍隊中最高密度的子彈和輕型火炮依舊發揮著強盛的輕火力，哪怕國軍特有的強大迫擊炮群貼近距離上的頂殺傷、點摧毀屢屢奏效，俄軍依舊在1個小時內就讓國軍嘗到了上萬傷亡的苦果，而國軍只在幾個地段勉強突入俄軍前沿陣地而已。但這第一波進攻畢竟是國軍充分了解被圍俄軍的各項窘境，使薛嶽和張自忠都信心大增，稍微整理後第二波進攻部隊立即投入戰鬥。

　　此時的普爾卡耶夫已經焦頭爛額了，雖然這波進攻兵員損失不過幾千、陣地不過丟掉少許，但彈藥，特別是炮彈庫存由於被整夜的炮擊摧毀打的已近見底，部隊基本只剩下隨身攜帶的了，火力驟減對作戰意味著什麽誰都清楚;而兩路援軍還隔110和160公裡，唯一的好消息是一股強勁的西北風正在接近戰場，天氣就要轉好了！

　　國軍的第二輪進攻在壓倒性的火力支援下打的俄軍損失慘重，普爾卡耶夫雖將機動部隊投入反擊但也僅僅是挽救了部分陣地，並且還使可用的坦克和自行火炮減少到160輛。

　　中午時分，雲層被迅速吹散，等待許久航空兵第10集團軍立即組織大型機隊不顧國軍戰鬥機蜂擁而上的截擊，以損失上百架戰鬥機和運輸機的代價給被圍俄軍空投彈藥，但由於風勢強勁及國軍普遍采用高射炮兼戰防炮的配置形成的強大防空火力，造成俄軍空投的物資大量飄出已經越來越小的俄軍陣地或直接砸碎在地面上。

　　丟掉幾乎整個近衛坦克第6集團軍可以責怪馬林諾夫斯基無能，再把遠東第2方面軍主力丟掉，9毫米腦溢血(斯大林時期對被迫自殺或被秘密處決高官的冷笑話，因為當時手槍口徑是9毫米，而這些沒有公開審判的高官死後媒體一般會說其死於腦溢血，史實)的日子可離開華西列夫斯基不遠了！為此，航空兵第12集團軍的2個運輸機師被緊急調用，在大批雅克護航下再次給被圍俄軍提供彈藥補給。強大的俄國空軍以數量形成壓倒優勢，雖然多個國軍戰鬥機大隊拚著慘重損失先後擊落數十架俄機，但200多架運輸機依舊給普爾卡耶夫提供了寶貴的彈藥支援，讓第三波進攻的國軍再次品嘗到俄軍強盛火力的威力，傷亡上萬後依舊未能擊破俄軍主陣地。

　　這時天色暗淡下來，俄軍的兩路增援分別還有60和100公裡;而包圍圈裡還有戰鬥力的俄軍已經不足10萬;國軍最先投入的8個整編師也多被打殘，損失不弱於俄軍;不過國軍還有預備隊在不斷投入戰鬥;而俄軍已經有多個步兵師被打的全師覆沒，除硬扣下來的32輛T34/85外，其余坦克和自行火炮也在不斷反擊當中全數損失，核心陣地開始遭受衝擊。知道大勢不妙的華西列夫斯基下令預先在援軍中編組的快速支隊不惜一切代價突擊前進，試圖搶先解圍。

　　夜戰本非俄軍擅長，但冰天雪地裡的夜戰南方籍佔多數的國軍將士也不擅長，雙方都不擅長的拚死一戰打的更加慘烈，尤其是雙方的輕火力都格外的強勁，大量迫擊炮不斷對轟，機槍和衝鋒槍更如瓢潑大雨，每時每刻都在成百上千的吞噬著雙方將士的生命。戰至夜半，俄第5軍和第56軍主陣地先後崩潰，傷病滿營的第16集團軍司令部駐地被雙方激戰打的血流凝結成火紅的冰層，新的激戰使之迅速破碎後再以新的血流再次凝結。雙方上萬將士為這一個小山包登陸而流盡最後一滴血，切列米索夫中將也在其中。

　　越過大小興安嶺縱深的險峻後，俄軍增援的速度猛增。東邊整59師和整77師拚死抵抗，依仗著不斷增添的雷場和大批分散小分隊的襲擾阻擋著20萬俄軍前進的速度;而西邊也許是因為還有上百公裡相隔，擔任防守的張德能整4師卻因為疏忽大意、導致穿過山林的俄軍騎兵師突襲國軍側後，本來單隻一個人困馬乏的騎兵師攻擊還不至於動搖一個大型的整編師，但張德能卻在側翼2個營潰敗後親自指揮預備營、補充營、警衛隊等倉促反擊，很快就被猛攻的俄軍擊傷敗下陣來，負傷的張不敢再戰，率領師直屬隊率先逃跑， 導致整59、90旅和炮兵跟著撤退，一時間除正面正在和俄第36集團軍前鋒交戰的整102旅外還在掙扎外，整4師突然崩盤！

　　西路俄軍乘機長驅直入，國軍預備隊急急忙忙趕來側擊卻皆被俄軍強勁的側翼掩護擊退。夜半時分，俄軍一路突破殺到甘南城外才被整95旅暫時製止;該部也是剛剛車運趕到，幸好該地駐扎有一個重型高射炮營，依仗這18門美製75高射炮平射的巨大威力，炮兵和整95旅官兵一起總算擊退了俄軍前鋒的第一次進攻，但人炮皆毀。

　　1月19日零時40分，薛嶽痛苦的離開指揮所，在警衛保護下驅車南撤;與此同時甘南已在俄軍北東南三面圍攻下搖搖欲墜，新任旅長段雲咬牙將所有部隊投入戰鬥掩護司令部人員轉移;瘋狂的俄軍猛攻半個小時後防線就被突破，就在以為死定的時候整60旅趕到東門擊退迂回過來的少量俄軍，將整95旅殘部接應出來後轉身就逃，後腳俄軍就殺進甘南薛嶽原司令部所在地。

　　凌晨時分，正在圍攻普爾卡耶夫的國軍相繼接到命令，主力立即按計劃後撤，榴彈炮群和火箭炮群以密集的炮擊掩護撤退;很快被圍俄軍就發現異常，而坦克盡損、傷兵滿地的普爾卡耶夫已無力反擊，只能任憑國軍撤退。隨著西面俄軍迅速逼近，薛嶽只能忍痛下令將最笨重的日軍150榴彈炮及彈藥舍棄，最後連75野戰炮和日製105榴彈炮也炸毀了一些才勉強脫身。

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