6月20日，已经巩固城南、城西的民主联军开始对核心守备区猛攻。守军在陈明信指挥下虽顽强抵抗，但因兵力单薄，主力又分别在城东和城南与攻城部队激战中，导致特务团终被歼灭，陈明信被俘，陈明仁带军部人员向熊新民负责的第一守备区撤退。同一天，民主联军1纵1师因伤亡过重，奉命撤出战斗，其作战任务改由6纵17师承担。

战事爆发仅五天，四平道西地区便告丢失，这似乎预示着陈明仁和他的守军即将成为历史的名词。

然而，战事的发展并不像民主联军指挥人员预想的那样，城东和城北作战十分不顺，预想的守军崩溃局面并没有出现。在陈明仁督战下，残余守军第87师和第54师一部越打越猛，其下级指挥官甚至想出了撒黄豆和打照明灯等战法给进攻的民主联军以重创，进攻部队付出了惨重的伤亡。战至23日，西满纵队第1师师长马仁兴中弹阵亡。同一天，西满纵队因伤亡过重，奉命撤出战斗。

仗打成这样，是所有人都没想到的。为了拿下四平，林彪决定命6纵主力入城作战，并将攻城指挥权改交给6纵司令员洪学智。24日开始，1纵、6纵猛攻道东，但依然遭到国民党残军的顽强抵抗。其间在国民党军队中还产生了几个特殊战例，如在电灯公司和天主教堂争夺战中，守军都是战至最后一人，第71军在战后编写的宣传材料中不乏感人事迹。又如在道东一个名为烧锅的据点争夺战中，守军一个排与进攻的民主联军拼死争夺，最后仅战至上士排副廖钧以下四人。要不是最后民主联军撤退，这四个人恐怕也要成为国民党的烈士了。

总之，在守军顽强抵抗中，民主联军没再尝到攻占道西时的甜头，反而在付出惨重伤亡以及国民党援军逼近的情况下，被迫于6月29日撤出四平，结束了这次四平战役。