八路军主力在歼灭了支援沈阳的两路日军之后，随即开始布置收复沈阳的战役。
此时经过进一步的增兵，在沈阳附近的八路军主力已经增加到了六十多万人，在八路军总部的协调指挥下，八路军分出大约十万兵力，于海城一线布防，防止辽东半岛的日军再次北上支援沈阳，令以数万兵力在黑山，台安，辽中等地布防，防止锦州，至山海关一线之日军支援沈阳。
其实当时从锦州到山海关一线，日本关东军只剩下不足一个师团的兵力，勉强可以自保，根本没有进攻之力。而在关内，就在八路军大举反攻东北之时，山西和河南的中国军队，包括中央军，晋绥军等部，也集结了近百万大军，对河北和河南北部发动了猛烈的反攻，于此同时山东的八路军也趁机对山东日军发动了适当的攻势。
面对着中国军队的大举反攻，华北派遣军方面也只能勉强自保，根本无力支援东北。如此一来，我军收复沈阳的时机已经成熟。
于此同时八路军总部方面也没有忘记，被围困了长达一个多月的长春，于是派出十万大军北上，协助八路军第七纵队围困长春的部队，准备进攻长春城。
即便如此，沈阳附近剩下的主力部队，仍然多达四十万人左右。经过三天的准备之后，八路军随即下令对沈阳发动全面进攻。我四十万八路军主力，从四个方向，分别对沈阳城发动了猛烈的进攻。
李国韬奉命率领第七纵队之新编第一师，新编第二师，独立第三师，装甲师四个师的兵力，负责从东面对沈阳发动反攻。
李国韬亲临前线指挥战斗，第七纵队攻势迅猛，仅仅只用了一天的时间，沈阳城复廓阵地便全部被我军成功突破，城外的日军一败涂地，狼狈不堪的逃回了沈阳城内。
如此，沈阳城东门完全暴露在了八路军的进攻范围之内。到了战斗开始的第二天，第七纵队炮兵师，及各师炮兵团集中各型火炮一千多门，猛轰沈阳东门，于此同时八路军空军出动四十余架飞机，对沈阳东城墙狂轰滥炸，经过长达三个小时的炮火准备后，沈阳东城日军的城防工事基本被摧毁殆尽，多处城墙被炸塌。沈阳城久游归来的游子一样，对祖国母亲敞开了怀抱。
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