4月18日凌晨，新1军在突破外围民主联军阻击阵地之后，其所属新编第30师89团对四平南郊发起进攻，遭到守军有力阻击，进展受阻。随后新30师又调第90团投入进攻，经数次猛攻，仍被阻于城外。

4月20日，郑洞国命新编第38师投入作战，两个师分别向城东南、城西南和城西发起猛烈进攻。同一天，民主联军也命北满7师67团入城，担负市区守备任务。21日，民主联军又以3师21团参战。22日，国民党新30师88团突入城区，直插四平市政府，结果遭民主联军市区守军合围，受到重创后被迫退出城外。此后马仁兴组织数次反攻，迫使已呈疲态的新30师采取守势。

由于71军及新1军50师受到民主联军的有力阻击，始终无法投入四平作战，使得新30师和新38师于4月27日凌晨又一次击退民主联军守城部队的反攻之后，已无力再次发起进攻。而中共中央也于当天发出嘉奖电，并指示东北民主联军司令员林彪，要“化四平街为马德里”。林彪得此电文，决定死守四平，又调总部炮兵旅第2团入城，以增强守军火力，另调西满3师10旅主力、北满7师主力，以及总部直属第1师、第2师，分别在四平东南面和北面配合守城部队作战。这样一来，负责攻城的新1军贾幼慧只能命令部队停止进攻，对四平城的东、南和西北面采取包围态势了。这一结果，对于势在必得的国民党官兵来说，根本无法接受。

5月12日，国民党东北保安代理司令长官郑洞国在得知位于四平外围的部队尽数抵达四平城下后，命副司令长官梁华盛组织前线指挥所，统一指挥第71军、新1军、新6军三部，分左、中、右三路准备对四平发起总攻，另抽调新1军所属第50师、第52军所属第195师作为预备队，机动使用。

5月15日拂晓（国民党《戡乱战史》记载为16日），国民党军正式对四平城发起猛攻。由于此时的四平局势已不如一个月前，国民党军的兵力已得到加强，在火力配备上也高于民主联军。于是林彪在四平守军坚持到18日时，为保存实力计，经请示中共中央同意，于当天下午命令守军放弃四平。至19日凌晨，四平守军在经分批掩护之后，成功突围而出，向北退去。当天下午一时（《戡乱战史》记载为上午七时），国军新编第30师占领四平。