8点15分，东北军各种口径的火炮和迫击炮向日军阵地轰击。
8点30分，中国空军第二次向日军前沿阵地轰炸扫射。使日军绵延40公里的前沿阵地全部笼罩在浓烈的烟火之中。
日军在东北军的飞机和大炮的轮番急袭之下，被完全压制住了。在一个半小时内，炮火无力进行还击，观测所、通讯联系及前沿浅近炮兵阵地均被摧毁。
8点45分，空中升起了红色信号弹，东北军装甲部队在炮火掩护下，渡过桑叶河，开始全线总攻。从第23师团长小松原中将的司令部直到前沿各高地的据点式阵地都受到东北军的猛烈攻击。在日本步兵第64联队及第72联队等部队防守的中线阵地——伦巴布尔高地，从早晨6点30分开始遭到中国飞机的猛烈轰炸。炸弹的爆炸烟雾成了半圆形，阵地上什么也看不见了。空袭50分钟后，数架中国飞机在野战重炮第6联队的阵地上扫射。9时40分，东北军39架4引擎的“快刀”轰炸机由“金丝燕”战斗机群保护着又一次飞来空袭。其中有9架轰炸机飞到野战重炮第l联队阵地上投弹，重炮第l大队的放列阵地被弹片和烟雾覆盖住了。这时，日军飞机飞来拦截东北军尚未飞走的18架轰炸机，东北军的“金丝燕”战斗机立刻迎上来开火。6架日本“零”式战斗机被击伤，沿低空飞落在草地上。
从早晨中国飞机开始轰炸起，东北军炮兵也开始炮轰，成排的炮弹在第一线阵地上爆炸着。继而。又进行纵深炮击，日军的视线完全被遮断，既无招架之功，更无还手之力，只有挨打。
日军北线的色尔安图拉高地上，井置联队的部队在经受了中国飞机轰炸扫射和炮击后；没等清醒过来，东北军50辆坦克、10门自行火炮和600名蒙古骑兵从巴兰岗方向方攻来，东北军炮兵一个团也从西北方向来攻。这时。不但坦克炮、野炮的炮弹不断落在阵地上，而且东北军后方的重炮弹也如炸雷轰顶，成吨地倾泻在日军的阵地上，每分钟大约落下200发炮弹。地动山摇，掩体里的壁土都震松了，战壕被炸平，整个阵地已没有任何隐蔽的地方。日军只能来回匍匐前进后退或滚爬，以躲避炮弹。死伤不断增加。
到了12时，东北军炮击中断了一会儿，日军刚觉得缓了一口气，突然。东北军坦克从北方突入阵地，混战开始了。燃烧瓶、反坦克地雷、反坦克炮和手榴弹全上去了。这时，守卫色尔安图拉高地据点的井置中佐的兵力是骑兵200名、步兵600名、野炮12名。速射炮4门、重装甲车2辆、13毫米机关炮5门。战到日落，东北军才渐渐停止攻击。
南线的海山高地一带，东北军的炮击一整天都没有间断。长谷部的各大队之间的联系被切断，装备精良的木尾川大队同时受到空袭和十几辆坦克的火炮的袭击，西岸的一个可中国炮兵群也集中轰击木尾川大队和石川混成旅团的阵地。近50辆坦克、步兵战车和装甲车迅猛地从南方迂回过来，直插到长谷部支队防守的整个海山高地地区的后方。日本步兵第71联队防守的744、757两个高地的正面，东北军于19日夜里，在桑叶河上架了4座军用浮桥，近200坦克、装甲车和步兵1000余名，冲到第71联队阵前。同时，中国飞机在空中不断投弹扫射，第7l联队立即陷于苦战，伤亡惨重。
从东北军第一天的攻势来看，北路兵团进攻巴兰岗，击溃了第1警备军团的3个骑兵团，包围了日军固守的色尔安图拉高地，但是遇到井置联队的顽强抵抗；南路兵团击溃了日军石川混成旅团，迂回到额尔古特纳附近，占领了780高地，完成对海山高地的包围；中央兵团进展缓慢，各师、旅只前进了500至1500米，东北军骑兵第6、第8师在打垮了第2警备军团和石川混成旅团后也停下了脚步。
为了挽回被动局面，日军做出垂死挣扎。11月21日6时，日军先后出动各种作战飞机113架，对中国空军发动反击。
但是，自11月20日东北军发动了强大的空中和地面