1931年11月12日上午，日军先头部队步骑兵500人向马占山部前沿阵地前官地、后官地、张花园进攻，守军吴松林部奋起抗击。战至13时，阵地被日军占领，守军600余人撤向第一线阵地。
     1931年11月13日晨5时，日军500余人在两架飞机配合下，向新立屯进攻，遭到守军反击，战到10时，被守军击退。当日中午，被炸坏的嫩江桥修复，为日军大规模进攻提供了有利条件。中午，关东军司令本庄繁第三次下达增援令：“将第2师团剩余部队及混成第39旅团的步兵3个大队，及救护班派往大兴附近”，并令第2师团长多门中将一并指挥嫩江支队。日军大本营急增3个飞行队至黑龙江省，并把准备在大连登陆的第4混成旅团改在朝鲜釜山登陆，进快进抵黑龙江。下午，日军步骑兵3000余人在炮兵配合下向汤池、乌诺头、新立屯发动猛攻。守军奋起抵抗，战至午夜12时，日军占领乌诺头。
     1931年11月14日晨日军在两架飞机和重炮掩护下向汤池阵地猛攻，被马占山部击退。10时许，日军2000余人在长谷指挥下，分步、骑两支部队，采用大包围的战术，从左、右两个方向攻击汤池，马军且战且退，激战至15日晨，日军攻至拴马。马占山早已令两个骑兵团悄悄包抄敌两翼，一声令下，正面卫队团首先冲入日军阵地，骑兵团从两翼呼啸而至，日军仓皇撤退。马占山部缴获炮2门、马70匹;毙日军300，俘获200，伪军伤亡及携械逃亡者2000余人。守军为增强防御力量将绥化保安大队2000人编为独立团，加入正面阵地。15日，本庄繁奉日本陆相南次郎命令，再次向马占山提出马军撤出中东铁路以南，该区由洮昴局管理，马不得妨碍等三项要求，被马占山拒绝。
     寡不敌众
     1931年11月15日晨7时30分，日军第2师团司令多门中将率师团主力到达大兴前线。
     1931年11月16日11时，在10架飞机和重炮、坦克支援下，日军步骑兵4000人，向新立屯、三家子等阵地发动猛攻。守军奋力抵抗，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。
     1931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。
     陷落
     1931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，马军重炮射程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。马军由于粮食仓储地被日机炸毁，守军“不得饮食，疲饿过甚”。空腹苦战的中国守军面对数倍之敌毫无惧色，与敌拼死肉搏，喊杀之声惊天动地，三间房一带的战事更是彻夜未停。尽管中国军同仇敌忾，个个“奋勇异常”，但连续鏖战，很多士兵几日未睡，粮食断绝，得不到任何增援。当时使用的弹药系黑龙江守军长期库存，很多因发霉而不能用。在侵略军源源不断地得到大量补充和增援的情况下，敌强我弱的局面日趋严重。加之阵地被毁，“实在无力支持”下去。18日下午，马占山将军不得不痛苦地下令撤出战斗。19日，日军5000余人侵占齐齐哈尔，江桥之战结束。
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