31日，苏舰7艘突然破坏拦江索，进入富锦江岸。沈鸿烈乘坐江亨舰前往迎战，双方激战于高家屯。东北军的"利绥"、"利川"舰先后自沉，江亨舰仅发炮三发便自沉。
午后7时，苏船21艘由松花江上驶来，准备运送陆军登陆，进逼富锦。就当苏军舰17艘运输舰靠近富锦江岸，准备让步骑炮兵约1200名登陆时，隐蔽在岸边的重炮旅一个120毫米加农炮团率先开火。已经停下的7艘运输舰还没等让士兵上岸，便被36门大炮打得遍体鳞伤。
同时另一个150毫米榴弹炮团也开始向不远处的4艘炮舰开火，一时间最少有十几艘苏军船只被打得火光冲天，松花江上如同被燃起了十几堆篝火。自以为没有东北海军威胁的苏俄人完全被打蒙了，仅有能还击的几艘炮艇也完全采取规避动作，再加上夜晚根本无法准确寻找目标。
“轰轰…”连续的船只爆炸声和满身是火的苏军不断惨叫声，让江面看起来简直是修罗地狱。短短二十几分钟，就有不下十艘舰艇沉没，其余的各个带伤，向远处退去。包玉兴占了便宜也不敢多逗留，毕竟重炮转移速度慢，他要见好就收……。
退守县城的东北军罗宪章团见到苏军舰队逃跑，随即派兵击杀逃上岸的苏军。直忙活到天亮，抓了上百俘虏才回城。事后统计，苏军此役被击沉运输舰11艘，炮舰2艘，其余各个带伤。松花江上和岸边的遗尸达700余具，俘虏113人。
本来想撤退到依兰组织防线的李杜获知这次大捷后，急忙率援军开至富锦以西之集贤镇。一边将城内的物资设备搬运后方，一边组织防御。沈鸿烈也调集船只将富锦上游堵塞，意图阻止苏军反攻富锦。
苏俄阿穆尔河区舰队这次遭到了重创，也唯恐东北军的重炮打击，未敢冒然深入。6月2日苏俄军舰全部退往哈巴罗夫斯克，东线战事至此逐渐沉寂。
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