火力后再继续推进。华军的75毫米野战平射炮则随同部队推进，以强力的近迫火力猛击部分躲进战壕中的俄步兵，华军榴弹炮兵的凶狠火力则限制了俄军各部队的机动，使其无法相互支援，重炮兵在俄军出发阵地前打出一道密织的火墙，使敌担任第3攻击波兼预备队的两个团无法向前支援。由着炮兵和飞机的支援，31旅的两个团集中向敌阵线的南段发起突进，那里的俄军由远东第6师师长纳英杰少将指挥，名义上包含3个步兵团，实际上已在先前的进攻中被严重削弱，而且跟随步兵推进的三个轻炮兵连在移动过程中全被华军重炮摧毁，此外俄军步兵还严重缺乏弹药。在战线最南端的远东第22团遭到华军91团猛攻，伤亡惨重，被逐出了阵地，91团随后分兵往北支援93团作战，将士气衰落的俄军远东21和23团一举击退，其中21团丢弃了所有的机枪，因为“……没有子弹，毫无用处……”
此时，俄军左翼已遭突破，但华军已没有预备队可用，难以扩张战果，反而遭到俄军战线中段由远东第4师师长德米特列夫斯基少将指挥的3个步兵团（第14、15和16团）的压击，纳英杰少将的部队在退却一阵后，又迅速反扑回来，华军91、93团面临着敌人六个团的夹击。这时在俄军战线北段，由远东第3师师长赫沃斯托夫少将指挥的两个团（第9和第11团）正从侧面攻击华军的重炮阵地，并企图迂回到华军11师师部之后，11师师长郑虹少将被迫将剩下的大部分兵力用来抵抗俄军远东第3师的进攻，无暇顾及91和93团。
擅离岗位、在前线游荡的第3野战军参谋长赵民河中将这时有点急了：“这样下去91和93团很可能被吃掉，赶快撤回来！敌人太过坚韧，我军暂时兵力不足，反击太勉强了，先守住吧！”
郑虹忙着调遣部队去防卫重炮阵地，好不容易喘口气，又被责令撤回攻击部队，不由得沮丧起来，有气无力地唤来传令兵，准备下命令。
忽然一名骑兵在师部帐篷前勒住马，问谁是师长，郑虹叫一声“我就是”，将那骑兵唤了过来，原来是骑兵第五旅第13团派来的联络官。
据联络官所言，骑兵13团已奉军部之命赶到此处之西二里外，随时可供调遣。
郑虹心中一喜，即叫那传令兵把他们团长叫来，那团长到后，便如此交代一番，又将师属骑兵侦察营交给他指挥，团长欣然领命，率部杀将出去，却不正面突进敌阵，乃从91团现驻阵地之后绕出，穿过一片树林，向俄军整个战线最南端上的步兵22团阵线之侧翼发起冲击。只见2000名骑兵分成三层展开，呐喊冲锋，声势骇人。俄军22团先前已被华军步兵91团打退一次，兵力薄弱，士气更衰，忽然又被大队骑兵从侧面冲杀，自然抵抗不住，大举溃退起来，被华军骑兵以马刀砍杀无算。骑兵13团即破敌22团阵地，又马不停蹄绕向俄军21团之后，一举击溃21团，俘获远东第6师师长纳英杰少将及其手下旅长巴拉耶夫少将。
华军91团适时杀出阵地，与骑兵13团相配合，向当面的俄军23团发动突击，打垮该团后，即向俄军远东第4师背后迂回。
远东第4师师长德米特列夫斯基少将及时发现了华军的异常动作，下令所属3个步兵团立即后撤，并派出了配属的第24骑兵团向华军冲击以掩护撤退，俄军骑兵猛冲华军骑兵，双方混战一场，华军步兵又赶来助战，俄军24骑兵团自团长以下800余人几乎全部覆没，非战死即被俘，竟无人逃窜（实际上是无可逃窜）。俄军骑兵的自杀性冲击使第4师得以较为顺利地撤出战场，虽然在撤退过程中，该师被重炮猛击，损失不小，师长德米特列夫斯基少将亦受重伤，然而毕竟各团并未崩溃，建制单位基本保存。
第4师既已撤退，正在战线北段猛攻华军重炮阵地的第3师之第9、11团受到华军两面压迫，只好撤退，华军未予追击。当日双城子方面战斗就此停熄，时为下午5点钟，一小时后，预备步兵34师之102旅赶到，替下了已失去攻击力的32旅，改隶11师编成内。随后，33旅亦于当日黄昏赶回，返归11师指挥，郑虹少将手中总算有了3个可用之旅。
当日新沙赫京斯基方面的战斗乏善可陈，华军13师的3个旅在两百门大炮猛轰2小时后，小心翼翼地突入俄军阵地，只被俄军少量后卫部队阻拦，一阵交火后，俄兵立即遁走，华军大队不明究竟，反而又召唤炮火轰炸，结果打打停停，迟至16时才告完全占领新沙赫京斯基，毙敌246名，俘敌217名，付出的代价是35人阵亡和87人负伤，其中三分之一的伤亡还是由于己方火力误炸造成的。负责切断新沙赫京斯基与双城子之间联系的33旅在作战过程中，阵亡44人，伤126人，毙敌129人，俘敌71人。
当日双方的鏖战焦点在双城子方面，华军11师和俄军的3个师都受到了不同程度的损伤，华军11师的32旅受创最重，全旅当日参战的8000人中阵亡1291名，伤2757名，失踪615名，也就是说，损失了半数以上人员（4663名），无法再实施进攻作战，不得不撤回后方地域休整。33旅当日有大约8500人参战，阵亡638名，伤1957名，失踪278名，大约三分之一的人员损失（2873名），勉强可留在前线作为守备部队。师部、师属骑炮兵方面也有不少损失，合计阵亡87名，伤215名。骑兵13团是为当日战斗中最为关键的力量，该团从敌军侧面发起的冲击直接促成已将战斗力发挥到临界点的俄军第6师进攻部队崩溃，随后引发了俄军其余部队的撤退，但该团的损失亦不小，参战的大约1600名官兵中阵亡287名，伤512名，损失近半，战斗结束后亦退回后方地域接受整补。此外，还损失了34门团以上火炮（被俘、被毁）。
根据战后公布的资料，当日俄军第6师遭到了“无法承受”的损失，这个原本作为远东第一集团军总预备队的师经过七小时战斗后，直接参战的3个步兵团均伤亡过半，3个炮兵连被彻底摧毁，合计阵亡2251名，伤4109名，失踪863名（多为被俘），人员损失达到7223人，而这个师的总兵力不过18000人。俄军第4师由于骑兵24团的自杀性冲击的掩护而得以顺利退回阵地，但在整个作战过程中仍然伤亡惨重，合计阵亡1297名，伤2874名，失踪901名，人员损失达5072人。俄军第3师由于处于助攻位置上，且只派出两个步兵团直接参战，损失较小，但也有506人阵亡，1334人负伤，112人失踪，合计损失1952人。骑兵方面的损失更为惨重，参战的5个骑兵团中，3个团全灭，1个团重创，共有3128人阵亡和失踪。俄军炮兵、工兵和要塞驻防部队也在华军猛烈的炮击中遭受了损失，181人阵亡，349人负伤。由于华军拥有空中校射手段的重炮的精准打击，俄军损失了不少火炮，仅全灭的炮兵连就有4个，共有67门火炮被打坏或击毁。
相较之下，21日双城子战斗中，华军人员总共损失8673名，俄军则损失17905名，就物质方面而言，俄军损失较重，但俄军成功施展金蝉脱壳、声东击西的连环计策，在局部集中优势兵力对华军发动反击，予华军沉重打击，打乱了华军第3野战军的总体计划，延缓了第3野战军对双城子要塞的攻击。
“……从精神意义上来说，这场战斗凸显了俄国军队的决心和勇气，鼓舞了军民的战斗意志，改善了我军的内部形势……”
斯特塞尔，《司令官笔记》
第七十四章 意志与意义
“无能，竟中了敌军如此简单的计策，以至两个旅被打残，还以为那个陈星云有多大能耐，也不过如此。”
大本营中，正是午餐时间，看完第3野战军9月21日的作战报告后，国防大臣刘云低声对身边的总参谋长杨正金抱怨道。
“听说陈星云和他的参谋长有所不和，赵民河原本是不同意派重兵攻击新沙赫京斯基的，他也专门发电来阐明了立场，21号当天，赵民河也不在军部，而是在11师的前线，与11师师长郑虹一起受了伤……”
杨正金如是回应，刘云若有所思地点了点头。
“这么说来，两个人暂时不应放在一起。”
“可是如果调走其中一人的话，被调走的人一定会普遍被认为是犯错误的一方，那个人会对上级憎恨起来也说不定。”
刘云暗暗冷笑一下，无所谓道：“那就憎恨吧，帝国又不是无人可用。”
“武威公的意思是？”
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“既然赵民河事先能做出正确的判断，而陈星云却不能，那么事情就很简单了，帝国不需要无能的武将，能者为上，就让赵民河做司令官，陈星云调去别的地方，新疆或西藏都好，另外，再给赵民河配个合适的参谋长，就这么解决好了。”
杨正金显然并不完全同意：“可是，只因为一次判断失误就做出相当于撤职的处分的话，似乎……”
“一次就够了，这可不是什么闹着玩的事情，我们是在与世界第五强国作战，在关键的事情上，犯一次错误就足以毁掉我们辛苦十几年的成果。”
杨正金只好退一步道：“不过赵民河刚刚受伤了，至少让他的伤势稳定下来，再做打算不迟。”
“恩，至少要训斥一下陈星云，这种事当然要辛苦你了。”
杨正金搓着手苦笑道：“没办法，谁叫我继承了这样一个麻烦的位子。”
刘云拾起餐巾擦了擦嘴：“话又说回来，如果朝鲜第1军的动作凶狠点的话，我们的第3军也不会遇到那种状况，朝鲜人和日本人都不大情愿出力哪，对了，你究竟准备派谁出任朝鲜第1军的督战专员？”
“特派朝鲜军务专员，陆军中将袁世凯。”
“哦——”
刘云别有意味地长吁了口气。
“派这个人去，有什么特别的意义吗？”
杨正金耸肩笑笑：“把这个人擢升到中将的位置，又有什么特别的意义呢？”
“因为当时只顾看他的简历，忘记注意名字了。”
“我也是。”
刘云放下餐