着时间的推移，受炮火影响相对较小的日军二线阵地逐渐成了双方争夺的焦点，面对中国军队如潮攻势，日军官兵终于在武士道精神的驱使展现出了自己疯狂的一面，他们据守阵地死战不退，迫使中国军队在占据每条战壕之前都要付出相当的代价，而残酷的白刃战也在许多阵地上展开。在一些日军炮兵实施炮火反击、步兵进行反冲锋的地点，中国军队的进攻一度受到迟滞甚至是后退。

在这个非常关键的时候，中国军队一方的空中优势挥了作用，前往石家庄、济南、太原和青岛机场加油挂弹的航空部队及时返回战场，他们的空中火力支援成了压垮日军二线阵地的最后一根稻草。

9月18日，天津光复。

9月21日，北平光复。

9月29日，关东军全线撤回关外。

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