军奋力抵抗，战至15时，将日军击退。双方伤亡惨重。17日10时10分，本庄繁接到陆军参谋总长关于“向齐齐哈尔以北推进。尽力以果敢行动使敌陷于溃灭”的指令，下令第2师团“一举攻占齐齐哈尔”。又令混成第39旅团除1个步兵中队和工兵中队外，“将其余部队调集大兴，人列于第2师团长指挥”。13时，多门师团长在后衣里巴列车内向日军各部队下达了向黑军全面进攻(重点进攻三间房)的命令。
1938年11月17日22时，得到补给增援的日军兵分三路，向马部阵地展开狂攻。右翼部队在天野指挥下，从乌诺头出发向新立屯一带左翼阵地进攻。守军吴松林旅虽连战数日疲惫不堪，但面对数倍强敌仍竭死抵抗，打退日军进攻十余此。战至日凌晨，守军战壕多被毁坏，各团、营阵地被切断数十处，难以扼守，遂退往大兴屯一带第二道阵地。17日22时40分，日军左翼部队在长谷指挥下，向汤池一带右翼阵地进攻。守军程志远旅与之殊死奋战。翌日2时，日军增加攻击力量，以坦克8辆、大炮30余门，肆恣猛击，守军难支，遂撤向三间房主阵地。
1938年11月18日凌晨3时，日军集结各部按预定部署进至待击地域。6时30分，飞机和炮兵先后向三间房一线阵地轰击1小时，守军以炮还击，彼此炮声隆隆，震撼整个朔北荒原。彼时日军重炮射程30公里，东北革命军重炮射程15公里，吃亏不小。8时许，日军在坦克掩护下开始总攻。守军奋力抵抗，日军进攻受挫。9时20分，多门下令预备队增援，又发动疯狂进攻。战至10时，守军右翼部队虽浴血对抗，却难固守，便退至昴昴溪。10时30分，守军左翼阵地小兴屯失守，部队且战且退至红旗营子、榆树屯一带。此时，长谷指挥步、骑兵在飞机、坦克配合下向三间房主阵地进攻。守军苑崇谷旅及张殿九旅顽强抗击。
14时，日军第39混成旅团续到一个联队从三间房西侧三家子加入战斗。并与正面进攻的长谷旅团，全力夹击。15时后，日军又增加飞机12架、坦克12辆、大炮30余门，以猛烈炮火，将战壕全部摧毁。
15日东北革命军三个军，在坦克团，火箭筒团，野炮的攻击下鬼子损失惨重，李明调了一个轰炸机大队对日军的飞机发起攻击，不断有日军轰炸机击溃，16日下午日军三个坦克旅给火箭筒团基本击溃，少数日军坦克链子给炸断，日本坦克兵遭到俘虏，日本关东军高层给老蒋施压，让马占山停止军事行动，鬼子14个步兵师团，10个皇协军大队溃
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