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就在罗岳指挥军队，进攻旅顺的时候，在辽河一线，战斗也同样在况下，第11师团师团长土屋光春中将决定撤回沙岭堡去防守，因为日本在沙岭堡驻守了2个多月的时间，构筑了比较完善的防御工事，而且人民军出动大军来进攻沙岭堡，那么辽中的守备兵力就必然空虚，而这时日军己经出动大军，从平安堡方向进攻辽中，因此只要第11师团守住沙岭堡3、5天的时间，进攻的人民军就必然撤军去回援辽中，这时第11师团再趁机发动反击，就有可望一战制胜。
下午2点，第11师团退回到沙岭堡，土屋光春立刻给辽阳满洲军司令部发电，说明自己的战术计划，3点40分时，第11师团收到了辽阳满洲军司令部的回电，认同土屋光春的作战计划，并且要求土屋光春必须在沙岭堡守卫3天以上的时间，并且尽力拖住人民军，给平安堡方向进攻争取时间。
日军在沙岭堡防线共布置了3个前沿阵地，分别是棠树林孑、富家镇、兴隆台，都是沿辽河布置，其中兴隆台的位置偏西，不是人民军进攻的方向，因此日军重点防守的地区还是棠树林子、富家镇这两个阵地，于是土屋光春派第10旅团守卫这两个阵地。
不过在沿外辽河方向，却没有己完成的阵地，而在仓促之间，也无法布置好完整的阵地，因此只能靠沙岭堡阵地抵御人民军的进攻。沙岭堡阵地主要是由周边的马道口、西杖口、破台子、九台子村、富庄口等几个阵地组成，由第22旅团负责守卫。
5月15日下午4时，人民军的两路军队都逼近了沙岭堡。不过人民军并没有急于进攻，而是布置阵地，建立司令部，并且观察敌军的兵力布置、战场等等，同时还等着后续的炮兵部队到达。
晚上8点，炮兵部队也都到前线，而在此期间，日军发起过两试探性的进攻，但人民军的守备严密，日军没有占到任何便宜。而击败了日军的进攻之后，人民军又布置炮兵阵地，设置观察点，分派兵力、制点作战计划等等，一直忙到夜间12点多才基本告一段落。
当然日本在试探人民军的同时，也抓紧这最后一晚的时间，加固阵地工事，增强自已的防御力。
5月16日早晨7点，人民军向两路军队同时向日军的阵地发动进攻。
负责直接进攻沙岭堡的第2师首先由牵引炮团向日军阵地展开炮击，由于在昨天人民军已经通过无人机，将日军的阵地位置、布置均了解清楚，并计算出精准的数据，因此18门155毫米炮一起开火，对日军的各个阵地展开了精确的炮击。而在另一条战线上，自行火炮部队也在辽河西岸开火，猛轰日军的棠树林子阵地。
两条战线上的炮弹的落点之准确，令日军也大为震惊。而且根据日军炮兵的观测，以及侦察兵侦察的结果都确定，人民军的炮兵阵地在至少15千米以外的位置，而这个距离，己经超过了日军第11师团的所有火炮射程，当然就算日军有这样远距离射程的火炮也没有用，因为日军既无法有效观测炮弹的落点，也无法将观测到的炮弹落点极时的传回给炮军。
辽中失守之后，也有一部份日兵逃到沙岭堡来，向土屋光春讲说人民军对火炮的运用相当强，不仅打得远，而且精准度也相当高，还有一批大口径、远距离火炮，怀疑有可能是将海军用的舰炮搬到陆地上来。
但土屋光春对这一套说法相当怀疑，因为这从根本上颠覆了土屋光春对这个时代炮兵战术的认知，因此土屋光春认为这是败兵为了减轻自己的罪责
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