枪声一起，赵毅知道偷袭已经不可能了，果断地下令强攻，他想利用曰军混乱的时机，迅速接敌，凭借他两倍于敌的人数优势，一举全歼曰军。
赵毅命令一下，早已做好准备的22旅野炮迫击炮开始射击，负责主攻的1营在炮火掩护下，猛扑车站票房。
这几个月来，除了在四平遇到了东抗的顽强阻击，以及在齐齐哈尔发生了勉强可以算是像点样的战斗，关东军在辽宁、吉林、黑龙江三省内，如入无人之境，各处都是以少打多，即便在辽西，也仅仅以不足三万的兵力把张学良彻底赶出了山海关。而在辽吉黑三省内，东北军更是望者披靡，东北军要么投降和大曰本皇军合作，要么逡巡观望，眼看着大曰本皇军痛打中[***]队，可那些胆小如鼠忘记了军人职责的东北军，就好像皇军不是在打他们的同胞似的。
曰军近期感觉那可真是爽极了，也棒极了，大有狼入羊群的感觉。
因此，曰军很骄纵，到达双城堡车站后，只做了简单的宿营准备，并没有修筑工事安排足够的警戒部队，没有认真搜索周围地区，甚至都没有向近在咫尺的双城堡派出一兵一卒。他们的目标是哈尔滨，对于沿途这些装聋作哑的东北军，他们可懒得理会。
东北军进行作战准备花了整整三个小时，而曰军却还浑然不觉。
车站的警械很松弛，曰军岗哨放出最远的，距离车站站台也只有两三百米，预警时间很短，等到曰军匆忙拿起武器进行抵抗时，1营冲在前面的部队已经冲到车站票房近前，砸开窗户往里面扔手榴弹了，如果其它部队再快一点，完全可以把曰军全部堵在室内。
此时，左翼的2营和机枪连也已经扑到东道口，从东北面夹击双城车站。
车站方向枪声一响，炮连的大炮立刻开火，隐伏在南面的3营也迅速出击，抢占了车站南面的西道口，切断了曰军的退路。3营依托路基、轨道，开始向车站方进行猛烈射击。
偷袭虽然让曰军一时间手忙脚乱，但曰军的确训练有素，单兵作战能力极强，枪声一响，曰军在极短的时间内即在门窗处架起轻重机枪，对猛冲过来的东北军展开猛烈射击。
曰军的轻机枪，也就是著名的歪把子，虽然早在22年就研制定型，可因为曰军高层的顽固派坚持认为，决定战争胜负，除了正确的战略谋略，最主要的还是士兵有坚强的精神意志。因此，轻机枪迟迟没有大规模装备部队。
关东军在发动“九.一八事变”后，板垣深感力量薄弱，因为东北实在是太大了，在国内援军无法在短时间内到达的情况下，板垣建议军部，向关东军紧急曾调大量歪把子机枪，以加强关东军的火力。
军务局局长永田铁山，虽然对于军部不敢大量增兵满洲，而只是像挤牙膏似的一个师团一个旅团地增派极为不满，可是在事变之初，有若槻礼次郎内阁的阻挠，在增兵问题上他也无能为力。不过，给关东军调拨武器他这个军务局长就说了算。在永田铁山的指示下，放在仓库里的大批歪把子机枪被源源不断地运到东北，关东军各部队已经提前把轻机枪配置到了小队。
因此，关东军的火力很猛，压得后面的东北军抬不起头来。
在东北军从窗外投进手榴弹后，一部分曰军冒着密集的弹雨，夺门而出，端着雪亮的刺刀，和冲到近前的东北军展开白刃战。
因为后续部队被曰军火力牢牢压制，人数不占优势，拼刺技术又不如曰军，冲到票房近前的一百多东北军大半战死，少部分不得不撤回，远远地同曰军展开对射。
因为曰军并没有在室外预设防御阵地，赶走了冲到近前的东北军后，也无法在室外坚持，只好又退回票房内。
虽然曰军没有工事依托，仅仅凭借车站建筑物仓皇应战，处于被动挨打的不利局面，但是东北军连续组织了几次冲锋，都被曰军猛烈的火力打了回来，无法撕裂曰军防御阵地，奈何不了曰军。战斗慢慢呈现胶着状态。
唯一对曰军有威胁的，就是东北军的两门野炮和几迫击炮，只不过这些射手的准头极差，并不能给曰军有效打击。而且车站修建得极为坚固，都是钢筋混凝土建筑，挨上几炮也没有大问题。
相反，曰军虽然没有火炮，也因为没有室外阵地，迫击炮无法发射，可是曰军在火力掩护下，在各个门口支起掷弹筒，不断向外发射。
曰军的掷弹筒打得很准，300米射程内的东北军火力点不断被拔除。