與此同時，西路軍沈泉部已兵臨吉林城下。

吉林日軍多為偽滿軍與日軍新編師團拼湊而成，戰斗力薄弱，見四平失守、裝甲師勢不可擋，早已人心惶惶。

沈泉抓住戰機，一面派部隊構筑合圍防線，一面對吉林日軍展開政治攻勢，用廣播、傳單曉以民族大義，勸降偽滿軍與日軍下層士兵。

數日內，便有數千偽滿軍放下武器投降，日軍主力僅剩萬余人，困守吉林城內的核心區域，閉門不出。

六月二十日午后，沈泉下令對吉林發起進攻，炮縱三縱的火炮對日軍核心工事進行精準轟擊，步兵部隊在偽滿軍降兵的配合下，迅速攻入吉林城內，與日軍展開巷戰。

日軍死硬分子雖負隅頑抗，卻寡不敵眾，加之糧彈補給不足，戰斗力大幅下滑。

激戰三日，吉林全城宣告解放，殲滅日軍一萬三千余人，俘虜兩萬余人，繳獲大量軍火與糧秣。

攻克吉林后，沈泉按計劃率部北上，在松花江沿岸構筑堅固伏擊陣地，準備阻擊哈爾濱馳援長春的日軍。

哈爾濱日軍指揮官見長春、四平、吉林接連告急，不顧梅津美治郎的死守命令，率三萬兵力南下馳援，七月初，日軍馳援部隊進入西路軍的伏擊圈，被早已等候多時的沈泉部合圍。

火炮轟鳴，機槍掃射，日軍在伏擊圈中亂作一團，首尾不能相顧。

沈泉率部采用圍三闕一的戰術，故意放開一道缺口，誘使日軍突圍，再在突圍途中設下第二道伏擊線。

激戰至次日清晨，日軍馳援部隊被殲滅兩萬余人，殘余兵力狼狽逃回哈爾濱，從此閉門不出，加固城防，再也不敢輕言馳援。

松花江阻擊戰的勝利，徹底切斷了長春日軍的外援，為攻克長春掃清了障礙。

而長春城外，東路軍李峰部自六月中旬便開始對長春實施合圍，面對梅津美治郎手中的八萬兵力與堅固城防，李峰并未急于進攻，而是采取“圍而不打、清剿外圍、疲敵耗敵”的戰術，逐步拔除長春周邊的日軍據點。

周衛國率獨立裝甲師一部星夜趕到后，即刻展開交通線切斷作戰，百余輛坦克分五路出擊，分別封鎖長春通往四平、吉林、哈爾濱、延吉、通遼的所有公路、鐵路。

日軍的運輸車隊、增援部隊剛出城門，便被裝甲部隊的炮火轟碎，履帶碾過鐵路軌道，將鐵軌徹底軋彎，橋梁被裝甲師的工兵部隊炸毀，長春的對外交通被徹底切斷，瞬間成為一座孤城。

為了打破封鎖，日軍曾組織數支裝甲部隊發起反撲，卻被周衛國的獨立裝甲師悉數擊潰，損失慘重。

李峰率東路軍主力，趁裝甲師封鎖交通的間隙，迅速清剿長春外圍的日軍據點，裝甲部隊與步兵部隊協同作戰，逐個拔除長春周邊的日軍炮樓與碉堡，摧毀了日軍的外圍防線，將長春城圍得水泄不通。

七月中旬，周衛國派裝甲部隊配合防化部隊，利用日軍降兵提供的情報，精準定位日軍的毒氣彈倉庫，在拂曉時分，由炮縱一縱實施覆蓋式轟擊，數十箱毒氣彈在爆炸中化為灰燼，淡綠色的毒煙被南風吹散，在防化部隊的中和劑作用下，未對我軍造成任何傷亡。

梅津美治郎妄圖再次使用毒氣彈的最后希望，徹底破滅。

梅津美治郎困守長春，內無糧草，外無援兵，部隊士氣跌到谷底。四平、吉林失守，馳援部隊被殲的消息接連傳來，長春城內的日軍更是人心惶惶，不少日軍士兵偷偷翻墻投降，偽滿軍更是大批倒戈，甚至有日軍基層軍官率部向我軍投降，供出長春的防御工事與核心陣地部署位置。

李峰按計劃圍而不打，每日用廣播勸降，同時派小股部隊夜襲日軍陣地，消耗日軍的糧彈與體力。

長春城內的糧秣日漸匱乏，日軍開始搶奪百姓的糧食，城內民怨沸騰，不少百姓偷偷為我軍傳遞情報，日軍在城中惶惶不可終日，戰斗力大幅下滑。

七月底，中路軍陳耿部攻克四平后，經過一個月的休整與補充，馬不停蹄北上，與李峰的東路軍、周衛國的獨立裝甲師合兵一處，對長春發起總攻。

此時的長春，已被圍困月余，日軍彈盡糧絕，早已是強弩之末。

總攻的號角吹響，炮縱一縱的兩百余門重炮同時怒吼，炮彈如雨點般砸向長春的日軍防御工事，關東軍指揮部的屋頂被炮火掀翻，墻體轟然倒塌，梅津美治郎被迫躲入地下指揮部，急得暴跳如雷，卻無計可施。

“裝甲部隊，正面突破！”周衛國一聲令下，百余輛坦克開足馬力，分別從長春東、西、南三門同時發起沖鋒，車載火炮轟碎日軍的城門防御，履帶碾過城門后的沙袋工事，為步兵部隊開辟出三條進攻通道。

李峰率東路軍從東門攻入，陳耿率中路軍從西門攻入，兩支勁旅呈鉗形攻勢，向長春核心區域推進，周衛國則率裝甲部隊在城內穿插，分割日軍陣地，摧毀日軍的火力點與指揮節點。

長春的巷戰，是東北反攻以來最慘烈的一戰，日軍的死硬分子集結在關東軍指揮部周邊，做最后的頑抗，甚至發動自殺式沖鋒，與我軍戰士同歸于盡。

但此時的日軍，早已是強弩之末，在裝甲部隊的鋼鐵攻勢與步兵部隊的緊密配合下，節節敗退，陣地不斷被壓縮。

防化部隊全程跟進，嚴防日軍殘余的毒氣彈，醫療隊在火線搶救傷員，百姓自發組織的擔架隊穿梭在街巷之間，為戰士們提供支援。

戰斗從七月底持續到八月初，雙方在長春的核心區域反復拉鋸，每一寸土地都浸染著鮮血。

梅津美治郎見大勢已去，妄圖率親信從北門突圍，卻被周衛國早已布置好的裝甲部隊團團圍住。

數輛坦克將日軍的突圍車隊逼入死角，車載重機槍掃射，日軍親信紛紛倒地，梅津美治郎在突圍中被我軍戰士擊傷俘虜，這位雙手沾滿東北人民鮮血的戰犯，最終落得階下囚的下場。

八月三日，長春城內的最后一股日軍殘余勢力被肅清，長春全城宣告解放。

此役，東路軍、中路軍與獨立裝甲師合力殲滅日軍七萬余人，俘虜三萬余人，繳獲火炮三百余門、坦克三十余輛、步槍十萬余支，以及大量的軍火、糧秣與物資，關東軍的核心指揮體系，徹底崩塌。