2月14日，凌晨五点，就在热河战场开打的同一天，新5军也向山海关发起了进攻。
山海关外，新5军的炮兵阵地上，一门门火炮蓄势待发，扬起了炮口。
新5军军长刘小伟站在一处临时搭建的观察所里，面前摊着一张山海关的城防图，上面用红笔密密麻麻标着十七个外围据点。
站在他身边的是新27师师长刘建章和新28师师长宋金发。观察所外面的公路上，一队队步兵正沿着路沟向预定位置运动。
“吴司令把集团军直属的四个炮兵团都给了我们。”刘小伟的手指在地图上点了点，“野炮团、山炮团、战防炮团、火箭炮团，加上我们军的炮兵，今天早晨能打响的火炮超过两百门。”
他抬头看了一眼窗外，天边刚泛起鱼肚白。
“通知炮兵，五点四十开炮。刘建章，你的新27师从西面主攻关城正面，650团打头阵。宋金发，新28师分成两路，653团从北面抚宁方向迂回切断山海关到绥中的公路，654团从南面沿海岸线推进，防止日军从海上逃跑。655团作预备队，留在手里等我命令。”
刘建章问：“军长，外围十七个据点怎么分？”
“炮火准备的时候，火箭炮团专门打据点。”刘小伟指着地图上标了红圈的位置，“第一轮齐射打掉城墙正面的九个，第二轮打掉南北两翼的八个。打完之后，你的步兵冲上去清剿残敌，炮兵转为纵深射击，炸日军在关城内的集结点。”
宋金发接着又问：“军长，山海关守军虽然只有三千人，伪满军一千五，但关城墙高墙厚，正门城楼有钢筋水泥加固过。我们的榴弹炮轰得开吗？”
刘小伟看了他一眼：“轰不开也无妨，我们还有空中支援。”
他顿了顿，又说：“吴司令在战前会议上说过三天拿下山海关。我跟他说，一天就够了，所以今天日落之前必须给我拿下山海关。”
五点四十分，炮击准时开始。
率先开火的是集团军直属火箭炮团，三十六门一百零二毫米火箭炮在阵地上一字排开，炮管在晨光中冒着青烟。一声令下，一百多枚火箭弹拖着白色的尾迹飞向山海关外围据点，天空中布满了密集的烟痕。
紧接着，野炮团的七十五毫米野炮、山炮团的七十五毫米山炮、战防炮团的四十七毫米战防炮同时开火。新5军军部直属的榴弹炮营十二门一百零五毫米榴弹炮对准关城正门的城楼猛轰。
山海关外围的一号据点在炮击开始后不到三分钟就被火箭弹直接命中了。据点的弹药箱被引燃，连串的爆炸把土木砖石结构的碉堡整个掀上了天，里面的日军一个分队全部被埋在了废墟里。
二号据点的日军反应很快，士兵们在炮击中钻进了地下掩体。但国军的战防炮团把炮推到了距离据点不到八百米的位置上，用直接瞄准的方式一炮一炮敲掉了据点，使得日军失去了防御第最大依仗。
到上午八点，山海关外围十七个据点已经被打掉了十三个。残余的四个据点都在北面和南面的侧翼，被新28师的653团和654团分别包围了。
刘小伟在观察所里用望远镜看到了前线情况后，放下望远镜，对传令兵说：“告诉刘建章，650团可以上了。”
很快，冲锋号吹响，650团团长韩志成亲自带着一营冲在最前面。
山海关西面的城墙是明代修筑的老城墙，青砖砌成，墙基厚实。日军在外围据点失守后把全部重机枪都调到了城墙上，射击孔里不停地往外喷着火舌。650团一营的战士在距离城墙两百米的空地上被压住了，趴在一片冰冻的地上抬不起头。
韩志成趴在田埂后面喊了一声：“迫击炮！给我炸掉城门楼左边那个机枪眼！”
国军士兵迅速架起迫击炮，一轮齐射后，鬼子的重机枪连枪带人一起炸上了天。
韩志成从田埂后面跳起来，冲锋枪顶在肩上，大喊了一声：“跟老子冲！”
650团一营的战士从地上爬起来，像潮水一样涌向城墙根。城墙上残存的日军士兵从垛口往下扔手榴弹，不少国军战士被弹片杀伤。国军后方的轻重机枪、机关炮火力全开，疯狂压制日军火力点。
工兵班用爆破筒将城门炸开了一个大洞，650团一营二连的战士从豁口里钻了进去，和城门口守着的一队日军展开了近距离对射。
上午九点半，山海关西门被突破。
刘小伟在观察所里接到刘建章的电话：“650团已经进了西门，正在和日军打巷战。城墙上的日军还在抵抗，但火力已经被压制住了。”
“不要跟日军在巷子里纠缠。”刘小伟说，“进了城之后，650团沿城墙往南打，651团往北打，把城墙上的日军全部扫干净。652团直插城中心十字街口，切断日军南北联系。让宋金发的653团从北门压进去，南北夹击。”
他挂了电话，对参谋长说：“把预备队655团也推上去，让他们从西门跟进，跟在650团后面向南展开。”
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