八路军开始攻城了。
由于没有炮兵团，为新六团和鲁西警备旅攻城提供火力掩护的是步兵炮、迫击炮、掷弹筒和飞雷炮。
沧县县城的几个城门在教四旅骑兵营阻击日军第十师团的时候，都有不同程度的损坏。鬼子重新占领沧县后，处于防御的需要，又重新修了城门。
这个时候沧县日伪军主力随四十一师团师团长天道盛武中将南下增援德县，已经出发了六个小时了。沧县县城成了孤城，城内的日伪军成了孤军。
发现八路军攻击沧县县城外围据点，留在城里坐镇指挥的辎重兵第41联队联队长马上意识到八路军是来打沧县县城的，他们是冲着自己管理的物资辎重来的。这老鬼子倒也果断，抓起电话就向东光、吴桥县城的守军打电话，想让他们向师团长阁下报告，谁知摇了半天电话竟然不通。鬼子联队长不笨，知道师团长阁下又中了土八路的调虎离山之计，赶紧命令电台向师团长发报、向华北方面军司令部发报，请求紧急增援。同时命令城内所有的日伪军、警察、宪兵、特务统统上城墙，连野战医院的医护人员、能拿枪的轻伤员、病马厂的兽医、枪械修理所的技工和城内的日本商人、家属、伪县政府职员都接到了上城墙保卫沧县县城的命令。好在沧县此时是日军的物资补给基地，武器弹药充足，很容易把没有武器的人武装起来。
八路军开炮了，炮弹和飞雷炮发射的炸药包落到东门城墙上和城墙根，炸的城墙上的日伪军死伤狼籍。
刘震寰就是在这个时候下达了攻击命令。
沧县地面自古好武，民国时期中国许多武术家都出身于沧州，八路军冀鲁边回民抗日大队的战士们很多都是练把式的，身体好，臂力强。刘震寰的命令一下，两个投弹小组就开始投弹了，他们的目标是东门内的两个用沙袋堆成的机枪掩体。小鬼子鬼着呢，他们关闭城门后，在城门里面布设了两个机枪掩体，各架设一挺九二式重机枪，预备万一八路军攻开城门，两挺重机枪的交叉火力可以让攻城的八路军用尸体把城门洞填满。
刘震寰他们隐蔽的地方距离小鬼子的机枪掩体足足有60米远，两个投弹组六颗小甜瓜手雷投出去，只有一颗落到了一个鬼子机枪掩体跟前，其它五颗都偏了。
刘震寰大怒，张嘴就骂：“张大个，你没吃饭？连个手雷都扔不准，快投！”
不用刘震寰骂，两个投弹小组一枚投出，接着就又开始投弹。
突然遭到来自身后的打击，机枪掩体里的小鬼子马上就惊醒了，忙着移动机枪，调转枪口。这时，投弹小组第二枚、第三枚手雷先后落了下来，两个鬼子机枪掩体被炸毁了。
刘震寰喊了声“杀”，率先跳了出来，领着战士们冲过城墙根的马路，顺着东门两边的马道，往城墙山冲。教导员王连芳带着几个战士去开城门。副队长何仕兴、副教导员李子华各带着几个战士去对付城墙根的日军暗堡。
东门城墙上的小鬼子做梦都想不到八路军混进了城里，从屁股后面揍他们。这主要是因为八路军的炮击没有停止，到处都是爆炸声，几颗手榴弹的爆炸声音太小，小鬼子没能及时发觉。
刘震寰带着战士们冲上城墙的时候，只见日伪军们都爬在城墙上的垛口旁，架着枪正拼命地向城外射击。
刘震寰一扬手，一颗手雷就飞了过去，登时就把一个轻机枪组的两个小鬼子炸的飞了起来，机枪也从城墙上摔了下去。
跟随刘震寰冲上城墙的战士们，手里的家伙全部开火了。特别是三个机枪组，就地卧倒，架好歪把子后，哒哒哒就打开了。
刘震寰赶紧打出信号弹，通知城外的主力部队，他们已经攻上城墙。
东城门城墙上的变故惊醒了日伪军，他们开始从南北两面向东城城门增援，企图把登上城墙的八路军消灭。
刘震寰这个时候也顾不得什么文明用语了，嘴里大声叫骂着，抢过一挺鬼子的机枪就打开了。
城外的八路军主力见到腾空而起的信号弹，知道冀鲁边回民抗日大队偷袭得手，炮火开始向东门南北两边城墙延伸，阻止日伪军增援东门，大部队随着冲锋号声向东门发起了冲锋。
王连芳他们打开城门后，一刻都不停，上城墙支援大队长作战。到是何仕兴和李子华率领的战士们，顺着城墙根分头向城墙南北两边摸去，遇到日伪军带木门的日伪军暗堡，砸开木门就往里扔手雷，暗堡里的日伪军都爬在射击孔跟前朝外射击，哪里能想到手雷来自身后，糊里糊涂地就被炸回了靖国神社。
八路军主力从东门冲进沧州古城了！
入城的八路军以新六旅骑兵营、侦察连为先导，向城墙、鬼子司令部、火车站等要点攻击前进。
这个时候，古城沧州的居民们早已被隆隆炮声惊醒，这一见八路军冲进城内，一些胆大的后生就自动充当部队向导，领着战士们顺着街道朝各个目标扑去。
接到八路军攻进城内的报告，辎重兵41联队联队长大岛剑大佐知道沧县城守不住了。不过，他不死心，因为八路军只是突破了东门，其它城门还在他的手中。因此，大岛剑决心实施反击战术，将入城的八路军赶出城去。最起码，也要将八路军的攻势限制在一定区域内。只要能坚持到天明，不但师团长阁下就可能率领主力回援沧县，连皇军航空兵都会来支援作战的。
大岛剑大佐下令南门、北门抽调兵力，沿城墙向东攻击。然后亲自率领留作预备队的一个辎重兵大队，开始向八路军发动逆袭。
鬼子辎重兵严格说属于附属兵种，战斗力较差。但是战斗力较差不等于没有战斗力，鬼子辎重兵经常在战斗中被紧急抽调编入攻击部队，他们的训练水平、战斗力可见一斑。115师平型关大捷打的就是第五师团的辎重兵，那些小鬼子凶悍的很。
大岛剑吃亏在对攻城的八路军一无所知。根本不知道八路军是动用了两个正规旅来攻打沧县县城，加上配合作战的县大队等地方武装，那兵力是相当庞大的。要是他知道这一点，恐怕就不会莽撞地发动逆袭，而是组织部队固守工事，与八路军巷战，那样的话，小鬼子支撑的时间还要长一点。
大岛剑迎头撞上的就是吴克华、崔田民率领的八路军鲁西警备旅一团。
这沧州城原来建在距离现在沧州城约20公里的旧州，明成祖朱棣发动靖难之役时，沧州城是南军的重要堡垒。朱棣挥军破城后，沧州城被毁，军民被屠杀殆尽。后来就把沧州城建在了长芦，就是现在的沧州城。
进城后，八路军在向导引导下以营连为单位在城内穿插攻击，速度很快。
吴克华和崔田民带着火力支援营、警卫连、侦察排随一营行动，沿着街道向日军兵营穿插，迎面就撞上了大岛剑的反击部队。双方乒乒乓乓就打开了。
这一打，吴克华和大岛剑都心惊不已。
让吴克华吃惊的是，想不到小鬼子敢于在夜战中死拼硬打，枪法也不错。这可不是警备师团的作风。在吴克华印象中，警备师团就是滨县溃逃的第三十五师团那种模样，想不到这种货色经过训练和战场磨练，也成了狠角色。
大岛剑吃惊的是，八路军的火力如此凶猛，步兵连队火力配置远远超过自己的部队，而且战术动作非常高明。
两支部队主官吃惊之余，就静下心来认真较量开了。直到八路军其它部队抄了大岛剑的后路，将大岛剑的部队打得七零八落，大岛剑把战刀刺进自己的胸膛，沧州城的枪声才逐渐平息。
凌晨四点，正在枯坐静等沧县消息的刘一民终于接到了曾中生、蔡中联名发来的电报：“我军顺利攻占沧县县城。缴获极大！”
紧接着，鲁西警备旅旅长许世友、新六旅旅长符竹庭联名发来了报捷电报，刘一民一看就知道是许世友咋呼、符竹庭执笔形成的电报稿。只见电文上写着：“报告师长：我们发大财了！沧县确实是日军的补给基地，仓库连着仓库，炮弹、子弹、手雷、汽油桶、药品、面粉、大米、军装啥都有，多得数不清！连战马饲料都多的很！这下好了，李昌的炮兵旅可以可着劲地揍鬼子了！特别向你报告的是，缴获了一些日军的新式武器，计二十辆新式重型坦克，三十门98式20mm高射机关炮。其它的等清点结束后再向你报告。另外，我们是不是可以成立炮兵团了？没有大炮太不方便。”