此时的清阳县城，周围是近六米高的城墙，墙上架有探照灯，构筑了坚固的掩体工事。()
城门平日紧闭，岗哨林立，戒备森严。城外挖有城壕，壕里放满了水，壕外边则是一道鹿砦，在城内大小街口及驻处均设有地堡和封锁线，相互连环，相互配合。城里驻扎日军一千二百多人，伪军二千三百多人。
军分区党。委。最终决定以独立三团担任清阳县城的主攻，独立一团首先破坏保州至石门的铁路，做好阻击这两个方向敌人增援的战斗准备。独立二团在大清河以东地区，阻击来自阳和县方面的敌人增援，我军各部队如强弓待发。
独立三团团长张子清和政委孙家新在军分区作战会议上接受主攻清阳县的任务后，便向
团部临时驻地一一柳树庄赶去。攻城战斗能否取得胜利，就看主攻部队能否顺利突破敌人防线。当晚，张子清和孙家新在团部召开了作战会议，向营以上干部传达了军分区首长的指示。张子清站在油灯照亮的一幅军用地图前，对敌情进行分析，最后决定：先打日军，孤立伪军，以军事打击为主、政治攻势为辅的作战方案。
第二天傍晚，独立三团各营由柳树庄一带出发，逼近清阳县城。夜幕笼罩着清阳县城，城廓灰濛濛的，如同一个庞然大物蜷曲在那里，鬼子的膏药旗无力地耷拉在城墙上如丧考妣。城门紧紧地关闭着，城墙上昏黄的探照灯不时扫来扫去，时而有日伪军的哨兵来回走动。城内偶尔传来几声凄厉的狗叫，显得格外的凄凉。
晚十一时左右，马龙率领特务连作为突击队已经隐蔽接近南城门。突击队副队长王怀亮率领几个爆破手带着炸药包从离城墙只有二十多米的鹿砦钻过去，迅速躲进城墙死角的黑影里。而城墙上的敌人对我军行动毫无察觉，高墙壁垒也使得他们的警惕降低了。
十一时三十分，三颗红色信号弹划破了夜空。“轰隆隆”随着几声剧烈的爆炸声，南门那一段城墙火光冲天，砖石飞崩，烟尘滚滚，刘广春率领爆破手已经在南城墙炸开一道豁口。马龙率领突击队员猛虎下山般地向城墙豁口扑去，十五分钟后，马龙率领二百多人的突击队全部突入城里。伪军一大队大队长张大魁率领一大队全体官
兵阵前起义，配合八路军向城内发起了攻击。
城里的日伪军早已被惊醒，匆忙向我攻城部队还击。马龙率领突击队与敌人展开巷战，张子清团长率领大部队已经攻入城内，一营向伪县政府进攻；二营由南门向南门进攻，在激烈的巷战中，二营用迫击炮对敌人工事进行短距离轰击，敌人的街垒不断被摧毁，攻城部队不断往纵深发展。直到第二天中午，战斗还在激烈地进行着。到处都是震耳欲聋的枪声，战斗到下午四点的时候，占据日军司令部的敌人已经死伤大半，残余的敌人乱作一团，在我进攻态势的强大震慑下投降，但日军战俘中没有发现鬼子司令山田大佐。位于城北的伪军司令部里，伪军司令汤秉山见大势已去，知道自己投靠日寇，为虎作伥，抗日政府不会宽恕他的，必将对他处以极刑。当清阳县伪军司令部被八路军攻破之后，汤秉山只得拔枪自杀。至此，城内的伪军全部放下武器投降，城内的日军已经被完全孤立，实现了预期的攻城目标。
独立三团一营和马龙率领的突击队已经把日军营房团团包围。团长张子清亲自指挥战斗，先是由几名会日语喊话的战士也向日军展开了政治攻势。战士们站到兵营的围墙的缺口上，亮开嗓门用日语大声喊道：“日军弟兄们，你们已经被包围了，赶快投降吧！八路军优待俘虏，缴枪不杀！”。他们连喊数遍，日军毫无反应，还不时地向我方阵地打枪。看来日军是准备顽抗到底了。