8月11日，上午6点，2架日军战斗机飞临海拉尔上空进行盘旋侦察。苏军见状，立即用分布各处的高射炮进行密集射击，2架日机随后仓皇逃离。

要进攻海拉尔要塞，就不能不争夺制空权。上午10点，苏军战机开始降临于海拉尔的东山机场。日军东山阵地的守军为此组织了多个敢死队，在隐蔽接近机场后，使用手榴弹、汽油燃烧瓶轮番对战机进行袭击。

苏军一架通信联络机被烧毁，另外一架也受到一定程度的损伤。接到报警，苏军地面部队迅速赶到机场歼灭了日军敢死队。

在集团军司令员卢钦斯基中将的亲自坐镇监督下，下午2点，中路集团军主力对要塞各阵地同时展开猛烈攻击。仅在攻打敖包山的过程中，他们就连续击毁15个永久性火力点和25个混凝土碉堡，打掉指挥所1座。

到了晚上，北路苏军同样取得进展，其中一部直插海拉尔，从而完成了对海拉尔要塞的全面合围。

尽管苏军攻势凶猛，但这一天并没有能够真正攻入要塞。在所有日军要塞中，海拉尔要塞完工最早，投入经费也最多，其结构之机巧和坚固可想而知。

海拉尔市区有５个较高山丘，５个抵抗枢纽部就围绕着这些山丘而筑成。之后，设计者又利用山丘之间的空隙高地，建立了10个辅助阵地。整座要塞以抵抗枢纽部为主，以辅助阵地和外围邻近的数十个独立支撑点为策应，从北到南，一共建立了5个抵抗区。

它们分别是：敖包山、河南台（又称北山）、松山、东樱台、伊东台。前面三个抵抗区俯视苏军的进攻方向，担任要塞前卫，后面两个抵抗区作为要塞的侧翼后卫。各抵抗区互相补充炮座死角，其中河南台的火炮更可覆盖要塞的全部阵地。

自从在诺门罕战役中吃了苏军坦克的亏之后，关东军对坦克的防御特别重视，他们不仅在要塞外围设置了大量的防坦克障碍物，还修建有数道反坦克壕。这些反坦克壕上宽５米，底深３米，与交通壕相交，基本上将苏军挡在了抵抗区的外面。

苏军连攻三天，始终无法进入要塞的核心区域，战事处于僵持不下的胶着状态。

打破僵局的唯一办法，就是大幅度提高攻坚能力。集团军司令员卢钦斯基决定组建多兵种配合的强大战役集群，参加这一战役集群的除各精锐步兵师外，还包括了加农炮团、榴弹炮团、迫击炮团、独立坦克营、航空师等各种类型的特种部队。此外，方面军预备队也调来一个炮兵师进行支援。

苏军再攻敖包山，在突破外围的反坦克壕和铁刺网后，逐渐逼至对方的核心阵地附近。日军利用工事的多层次配置，一直死守硬拼，到8月13日，苏军才突破防线，杀入了对方的主阵地。又经过了一番血腥的白刃战，日军终于溃败，残敌钻进了地下工事。

海拉尔要塞不仅有地上工事，还有地下工事。这些地下工事主要就集中在敖包山、河南台，它们多数在地下18到20米处，且建筑规模宏大，设施完备。

河南台的地下通道长约4200余米，面积１万余平方米，有大小房间55个，是海拉尔要塞的日军指挥中心。也正是因为是指挥中枢，所以河南的日军兵力配备最强，双方的攻防也更为激烈。

苏军根据该抵抗区西部地形较为平坦的特点，先从背后发起攻击，接着再从西南部、南部和东部实施多路夹击，但是由于河南台得到了松山的炮火配合，苏军坦克一度受阻，约有10辆坦克被击毁击伤。

参与进攻的坦克既以营为单位，当然也不在乎损失区区10辆。更多的坦克从缺口处涌入，加上炮火猛烈，日军的地面火力点被一个接一个地彻底摧毁。于是河南台的日军残部也像敖包山那样，转入了地下工事。

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