关东军司令官和日军大本营的反应虽然都不算慢，但是却依然跟不上陈锋所部机械化部队的节奏，就在日军的援兵在路上走走停停的时候，陈铁豹指挥的五万多先头不对已经展开了围攻，时间是1941年11月16日下午两点。
陈铁豹本就是一个二愣子，尽管这几年经过陈锋的调教，已经蜕变成了一个合格的指挥官，但是本性中的那种霸道和莽撞之气却没见减少。接到大少爷全歼日军的命令之后，陈铁豹岂敢怠慢，刚一抵达伊春就召开师旅级的军事会议，布置进攻方案，两点一刻准时对伊春城发动进攻。
伊春位于黑龙江省东北部，与苏联隔江相望，以汤旺河支流伊春河得名，辽宋时期属东京道女真五国部属地。清末民初，划归汤原县管辖，为原始森林地区。东北沦陷后，日本殖民主义者为了掠夺伊春地区的木材和其它矿产资源，在伊春设立了伊春据点，并且派重兵把守。
由于缺乏劳动力，日军将中国战场上的一大部分俘虏运送到了伊春，强迫他们进行劳动，为了防止这些俘虏逃跑，同时也是为了防御苏联，日军在伊春修筑了大量的防御工事，将不大的伊春小城修成了一座要塞。
伊春城外共有日军的五道防线，一道比一道坚固，原本按照苏联方面的计划，将主力调到日军防御比较薄弱的南线，然后集中一部分兵力攻打北线，迫使南线的日军增援，最后出兵攻打南线，出其不意占领伊春。
但是这个计划陈铁豹只是看了一眼就否决了，和日军干了四年多，虽然胜仗无数，但是陈铁豹对于日军从来都没有小瞧过。弹丸之国能将包括诺大个中国在内的诸多国家玩弄于股掌之中，这样的国家必有其独到之处，况且日军中的一些指挥官表现出来的战役指挥能力并不比中国的任何一位将军差。所以陈铁豹不认为以日军指挥官的智慧看不出苏联人的小小调虎离山之计。
陈铁豹自己没有什么好的办法，不过陈铁豹是在草原上长大，草原上的汉子有自己的办事原则和标准，陈铁豹始终认为打仗就像是草原上的摔跤，只有双方的战斗力相差不大的时候才会考虑计谋，如果彼此间的实力是绝对差距的话，那么即便是战术再成功也很难翻盘。
现在伊春地区的日伪军只有不到八万人，而且还缺乏飞机大炮，弹药储备也不足，士气更是低落。另外城里还有大量的日本移民。而他们一方兵员是日军的3倍。武器装备齐全。轻重火力搭配合理，又有大量的攻城重火力，弹药也相对充足，所以完全没必要和日本人玩藏猫猫。直接开战就行了。
因此陈铁豹认为全军除了必要的预备队以外，其余的部队全部拉上战场，同时对日军驻守的5道防线36个阵地发动进攻，完全碾压，直接将日军的这个乌龟壳打碎。
不过伊万诺夫并不同意陈铁豹这样蛮干，两人争执不下，只好将这个大问题移交到东北亚战区司令部，让陈锋这个大司令裁决。
陈锋看后迅速作出批复，既然两个人各执一词谁都不让谁。出于公平起见，伊春前线的5万大军一分为二，伊万诺夫指挥一部按照他的计划进攻南北21个阵地，陈铁豹只会另外一半部队进攻东西两个方向的15个阵地，其余二十余万大军留下一半部队作为预备队。剩余十万则是绕过伊春向鹤岗进攻。
接到陈锋的命令之后，陈铁豹和伊万诺夫各自都行动起来，下午两点一刻准时向伊春发动进攻。
面对中苏联军的猛烈进攻，城里的日军也表现的十分英勇，坚决抵抗，拒绝投降。没一个阵地双方都反复争夺，寸土必争。
陈锋所部是占据了人和，日军占有地利，双方隔着工事战斗，短短两个小时的进攻，前线就血流成河。中苏联军的冲锋阵地前到处都是死伤的士兵，而日军的阵地里则是源源不断地将伤员和死尸抬出战壕。
日军确实很顽强，不过日军的顽强是建立在伪军巨大的伤亡的基础上的。尽管经历过多次伪军战前起义，日军大本营已经下令善待伪军，严令日军禁止打骂配合他们作战的伪军。但是大本营毕竟是鞭长莫及，下面的日本兵依然看不起伪军，打骂是最平常的，一有战斗伪军就被当成炮灰驱赶到最前沿，这次也不例外。
短短两个小时，从前沿阵地共抬下1600多具尸体和伤员，其中尸体726具。在这些战死的日伪军中，日军仅仅只有189人，剩下的都是伪军。
如此惨重的伤亡令伪军很快就呛不住了，随着陈锋所部火力的不断加强，前沿的伪军连头都不敢抬，反击的时候也大多随意开枪。对于这种情况日军方面也看得清楚，处决了两个作战不力的伪军连长之后，情况表面上看起来有所好转，但是很快最外围的一道防线全线崩溃，日军只的撤退到第四道防线。
然而令日军感到难堪的是，最外围的防线中的伪军宁愿被中苏联军俘虏也不愿意车道第四道防线，因此日军最外围的第五道防线4 名伪军，除了被击毙击伤的一千余人以外，其余的竟然主动做了中苏联军的俘虏。
伊春战役开始之后，情况持续恶化，到11月16日晚上7点中苏联军停止进攻之时，日军伊春北方五道防线被攻破2道，伤亡一千三百余人，南方4道防线被攻破一道，损失一千一百余人。东部5道防线被攻破两道，伤亡两千余人，西部3道防线被攻破一道，损失一千七百余人，仅仅半天的进攻，