，被迫退回桑叶河东岸构筑防御设施，组织防御，东北军则乘日军立足末稳，发动了全面反攻
为了大反攻，中国最高统帅部将第37装甲军扩编成第l集团军，组成了诸兵种合成的大兵团，钟离卫被任命为第1集团军司令员…；
1942年11月20日，东北军队集中兵员157000人，坦克1498辆、步兵战车和装甲车1385辆、大炮和迫击炮1542门、飞机1515架，发起了对日军的反攻战役
钟离卫把他的全部进攻兵力分成了3个集群，从中央、南路和北路三个方面向日军阵地猛攻反攻的总兵力为175个步兵营，160个骑兵营
日军在中线、南线和北线集结的防御兵力有75000人，机枪1283挺，大炮300门，飞机310架
11月20清晨5时46分，东北军首先对日军第6军团的高射炮阵地进行猛烈地炮击，接着以750架轰炸机和100架战斗机向第6军团的前沿阵地轰炸扫射
8点15分，东北军各种口径的火炮和迫击炮向日军阵地轰击
8点30分，中国空军第二次向日军前沿阵地轰炸扫射使日军绵延40公里的前沿阵地全部笼罩在浓烈的烟火之中
日军在东北军的飞机和大炮的轮番急袭之下，被完全压制住了在一个半小时内，炮火无力进行还击，观测所、通讯联系及前沿浅近炮兵阵地均被摧毁
8点45分，空中升起了红色信号弹，东北军装甲部队在炮火掩护下，渡过桑叶河，开始全线总攻从第23师团长小松原中将的司令部直到前沿各高地的据点式阵地都受到东北军的猛烈攻击在日本步兵第64联队及第72联队等部队防守的中线阵地——伦巴布尔高地，从早晨6点30分开始遭到中国飞机的猛烈轰炸炸弹的爆炸烟雾成了半圆形，阵地上什么也看不见了空袭50分钟后，数架中国飞机在野战重炮第6联队的阵地上扫射9时40分，东北军39架4引擎的“快刀”轰炸机由“金丝燕”战斗机群保护着又一次飞来空袭其中有9架轰炸机飞到野战重炮第l联队阵地上投弹，重炮第l大队的放列阵地被弹片和烟雾覆盖住了这时，日军飞机飞来拦截东北军尚未飞走的18架轰炸机，东北军的“金丝燕”战斗机立刻迎上来开火6架日本“零”式战斗机被击伤，沿低空飞落在草地上
从早晨中国飞机开始轰炸起，东北军炮兵也开始炮轰，成排的炮弹在第一线阵地上爆炸着继而又进行纵深炮击，日军的视线完全被遮断，既无招架之功，无还手之力，只有挨打
日军北线的色尔安图拉高地上，井置联队的部队在经受了中国飞机轰炸扫射和炮击后；没等清醒过来，东北军50辆坦克、10门自行火炮和600名蒙古骑兵从巴兰岗方向方攻来，东北军炮兵一个团也从西北方向来攻这时不但坦克炮、野炮的炮弹不断落在阵地上，而且东北军后方的重炮弹也如炸雷轰顶，成吨地倾泻在日军的阵地上，每分钟大约落下200发炮弹地动山摇，掩体里的壁土都震松了，战壕被炸平，整个阵地已没有任何隐蔽的地方日军只能来回匍匐前进后退或滚爬，以躲避炮弹死伤不断增加
到了12时，东北军炮击中断了一会儿，日军刚觉得缓了一口气，突然东北军坦克从北方突入阵地，混战开始了燃烧瓶、反坦克地雷、反坦克炮和手榴弹全上去了这时，守卫色尔安图拉高地据点的井置中佐的兵力是骑兵200名、步兵600名、野炮12名射炮4门、重装甲车2辆、13毫米机关炮5门战到日落，东北军才渐渐停止攻击
南线的海山高地一带，东北军的炮击一整天都没有间断长谷部的各大队之间的联系被切断，装备精良的木尾川大队同时受到空袭和十几辆坦克的火炮的袭击，西岸的一个可中