7月30日拂晓，山下奉文在指挥部里做出了一个让所有人都感到沉重的决定。
他撤下了已经打残的第3师团，将第9师团调至城北正面，接替进攻第66军阵地。同时从预备队中抽出第24师团，配属两个速射炮大队、一个重迫击炮大队和一个反坦克炮大队，命令其从城北偏东方向进攻北大营。第24师团是去年平津会战中被国军全歼后重新组建的部队，一直驻扎在黑龙江，这次被紧急南调参战，师团里的士兵虽大部分是新兵，但求战欲望极强。
“北大营是沈阳城北的重要支撑点，拿下它就能动摇敌军整个城北防线。”山下奉文的手指在地图上重重一敲，“第24师团必须在今天中午之前突破外围，日落之前拿下北大营。”
与此同时，城西的阿南惟几也在调整部署。他把损失惨重的第11师团撤下来休整，让第1师团继续正面猛攻独1师阵地，同时将独立混成第25旅团调至沈阳西北方向，命令其攻占城外的战俘营，从西侧切断国军城防与外围的联系。
清晨六时，炮击开始。关东军的炮火比前几天更加疯狂，炮弹不要钱似的往国军阵地上砸。
第66军第29师85团和86团据守北大营，阵地周围遍布碉堡和交通壕，防御工事修得比第一道防线更加坚固。
炮击过后，第24师团的步兵以大队为单位轮番冲锋，速射炮和重迫击炮对着国军碉堡猛轰，反坦克炮被推到前沿直接瞄准射击。
85团团长姓马，山西人，打起仗来又倔又硬。他把团部设在北大营正中央的一栋砖石营房里，四面墙壁厚实，炮弹打上去只崩掉一层皮。电话线被炸断了三次，通讯兵每次都是顶着炮火爬出去接，最后一次连人带线被炮弹炸飞，马团长干脆亲自跑到前沿指挥。
“机关炮对准西面那个缺口！小鬼子从那边冲进来了！”
四门厄利孔机关炮调转炮口，对准被日军速射炮轰开的围墙缺口猛烈开火。冲进缺口的日军步兵被炮弹炸得血肉横飞，尸体在缺口处堆了半人高，后面的人踩着尸体继续往上冲。85团的士兵趴在缺口两侧的沙袋后面，步枪和冲锋枪交替射击，手榴弹雨点一样往外扔。一个日军少佐拔出军刀想带头冲锋，刚爬上尸堆就被一枪击中眉心，仰面倒下去被后续涌上来的士兵踩成烂泥。
86团防守的北大营西侧同样陷入激战。日军重迫击炮大队的炮弹像下雹子一样砸进国军阵地，86团的多个机枪碉堡被炸塌，里面的机枪手被埋在瓦砾堆里，旁边的士兵用手把碎石刨开拖出伤员，然后自己坐进去继续射击。一个机枪手双腿被压断，上半身还能动，他趴在碎石上操着机枪打了整整二十分钟，直到流尽最后一滴血。
激战从清晨打到午后。
第24师团连续冲锋七次，七次都被打退。北大营外围的麦田里铺满了日军尸体，速射炮和反坦克炮被国军炮火击毁了十几门，炮兵伤亡惨重。下午两时，第24师团长不得不下令暂停进攻，重新整顿部队。
城西独1师的阵地上，战斗同样惨烈。第1师团换下了损失惨重的第11师团后，攻势比前两天更加凶狠。周铭蹲在指挥所里，电话从不离手，嗓子已经喊哑了，每说一句话都像在砂纸上磨刀。
“师长，正面又上来两个大队！”参谋长捂着另一只耳朵对着话筒喊。
“炮兵呢？给我往死里打！”
沈阳城内的重炮再次发威。七十二门重炮对准第1师团的进攻出发阵地实施了二十分钟的火力覆盖，炮弹把日军后续梯队的集结区炸成了一片焦土。但第1师团的先头部队已经冲到了独1师阵地前沿，双方在战壕里随即展开激烈的短兵相接。
西北方向，独立混成第25旅团对战俘营的进攻变成了一场噩梦。
战俘营由独1师第3团防守。该团在战俘营外围修了十二个钢筋混凝土碉堡，碉堡之间有交通壕连接，整个阵地像一张蜘蛛网，每一个火力点都能互相支援。独立混成第25旅团冲了三次，连外围碉堡的边都没摸到。
下午四时，旅团长亲自督战，集中全旅团的重火力对着外围碉堡猛轰。两个小时后，三个碉堡被炸塌，防御圈被撕开了一个口子。日军步兵蜂拥而入，但国军立刻从交通壕里反击过来，双方在战俘营外围的废墟里展开了长达五个小时的拉锯战。
打到半夜，独立混成第25旅团勉强占领了战俘营的地面建筑，但全旅团已经拼得所剩无几。出发时满编的六千多人，收拢时能站着的不到两千。旅团长站在战俘营的废墟里，看着满地的尸体，脸色比月光还白。
次日，关东军再次组织大规模进攻。
山下奉文集结重兵压了上去，攻势之猛烈，前所未有。
第9师团在第66军阵地上打了一整天，伤亡超过三千，仅推进了不到五百米。
第24师团继续猛攻北大营，85团和86团的阵地被压缩了三分之一，但核心阵地仍然牢牢控制在己方手里。
第1师团在城西付出了两千多人的代价，勉强在独1师的防线上撕开了一个小口子。独立混成第25旅团在占领战俘营后已经无力继续进攻，只能原地固守。
凌晨两时，沈阳城防司令部。
吴青站在地图前，手里拿着一份刚收到的战报。第66军军长严世贵的电话紧跟着打了进来。
“吴司令，部队顶了两天，伤亡不小。第29师85团伤亡过半，86团也打残了。北大营还能守，但再顶下去部队就拼光了。”
吴青握着话筒沉默了几秒。他知道严世贵说的是实情。关东军这两天的攻势虽然疯狂，但已经从疯狂变成了绝望——每次冲锋的距离越来越短，步兵冲起来的速度越来越慢，炮火准备的间隔越来越长。这些迹象都在说明关东军已经快把最后一点力气挤出来了。
而国军需要的就是这个，让关东军把最后一点力气也挤出来。
“再顶半日。”吴青对着话筒说，“明天中午之前，能守的地方一步都不许退。”
天亮之后，关东军的攻势再次发动。这一次山下奉文把全部赌注押在了北大营方向，集中第9师团和第24师团的全部兵力，在重炮和飞机的掩护下发动了开战以来最大规模的一次冲锋。
85团和86团的残部打到了弹尽粮绝的地步。85团团长马团长在指挥部队封堵缺口时被炮弹击中牺牲，86团团长接替指挥，十分钟后也负了重伤。两个团的士兵在北大营的废墟里和日军逐屋争夺，刺刀断了用枪托砸，枪托碎了用石头扔，石头没了就赤手空拳扑上去。
战至上午十时，吴青下达了全面收缩的命令。
城北第66军放弃北大营和外围阵地，撤入沈阳城内，依托城墙和城内建筑重新组织防御。城西独1师同时后撤，放弃外围阵地，退入城西的市区防线。
撤退井然有序。伤兵先走，辎重次之，后卫部队交替掩护。第78军在城内已经提前布置好了接应阵地，高大壮站在城门口，亲自指挥部队引导撤下来的部队进入预定防区。
至中午十二时，关东军占领了沈阳城外围的全部阵地。但沈阳这座东北最大的城市，现在变成了一座由城墙、街垒、碉堡和数万守军组成的巨大堡垒。
山下奉文站在废墟上，用望远镜望着前方几公里处沈阳城墙的轮廓。城墙在阳光下灰蒙蒙的，城头上隐约能看到国军旗帜。
他放下望远镜，回头看了看身后那些疲惫不堪的军官们。
从7月26日到8月1日，关东军打了整整七天，伤亡已经逼近六万人。两个师团被打残，一个旅团几乎全军覆没。而国军虽然放弃了外围阵地，但主力部队全部收缩进了城内，防线反而更加紧密。
参谋长走到他身边，低声报告：“司令官阁下，各部队报上来的统计数字。最近两天城北和城西两个方向合计伤亡一万八千人。敌军伤亡估计在九千左右。”
山下奉文没有说话。他站在废墟上，风吹着他的军大衣猎猎作响。远处沈阳城头的那面国旗在风中翻卷着，像一团烧不灭的火。