5日一早，日军以骑兵第2联队一个中队则作为前锋，开始向50公里外的哈尔滨进发。日军是从西南方向的中东铁路进犯。因此，哈尔滨的防御体系自然要以中东铁路方向为重点。东北军各旅的主力都集中在这里。
对于日军的进犯，李杜、邢占清的部署是：右翼区域，从中东铁路到西面的松花江，由李杜24旅的陈东山团和苏炳文第2旅的两个团负责守卫，配属火炮六门，前敌总指挥苏炳文负责指挥。
中央地带，以顾家屯车站为核心，由丁超29旅的两个团及警察总队，29旅的一个野炮连负责防守，配属火炮2门，丁超担任总指挥。
左翼地区，由邢占清26旅和赵毅22旅以及李杜的马则周团守卫，配属火炮4门由李杜直接指挥。左翼相对靠后，但是战线漫长，从哈尔滨南郊的医院街一直延伸到东南方向的田家烧锅一带。
日军前进到距离双城堡东北12公里的镶黄旗三屯时，首先遭遇到了两百人左右的东北军警戒部队，日军将其击退后继续前进。在镶黄旗五屯时，再次遭到李杜所部的顽强阻击。
战斗一直进行到晚上7点，日军才击破东北军的阻击，前出到镶红黄六屯附近。
虽然打了一天，可是日军29联队主要是试探性攻击。因为直到这时，关东军对于长谷照部被伏击的具体情况还不完全清楚，两个联队被全歼，这在他们的认知里是只有重兵围攻才能做到的。
一天的试探性进攻，步兵29联队和骑兵第2联队战死20余人，负伤百余人。
第二天，日军继续缓步推进，中午11点进抵薛家屯、柳马架、永发屯一线。这里距离哈尔滨城区仅仅只剩下4公里，已经逼近了第二路军在哈尔滨建立的防线。下午1点，日军完成敌前展开，各部队陆续到位。
29联队的谨慎，让多门师团长十分恼怒。
他认为，从在双城堡查看现场表明，长谷照部是中了支那人的诡计，在追击支那人时遭到埋伏失利的。而第二师团有着光荣的军史，被奉为日本军神的乃木希典就是第二师团的第二任师团长，日俄战争期间在弓长岭大败俄军而获得勇师团的称谓。这样的军队，是不惧怕任何华国军队的。
所以，多门严令各部奋勇挺进，并在下午1时，下达了攻击命令。日军的攻击部队分为左右两翼，刚刚有部分兵力赶到哈尔滨的第15旅团承担铁路以西的攻击。当面是王之佑指挥的东北军右翼守备区。
第3旅团所属的第4、第29联队均已到达，兵力较强，因此承担铁路以东，也就是对东北军左翼阵地的攻击。攻击重点就在第3旅团负责攻击的医院街附近的东北军阵地。这里正是李杜指挥的东北军右翼守备区。
下午1点半，日军攻打哈尔滨的战斗正式打响了。第二路军利用工事和村庄房屋顽强抵抗，炮兵集中火力对进攻的敌军实施歼灭射击，杀伤了大量敌人。
日军攻击受挫便转为就地防守。２月6日拂晓，第二路军开始反击，首先以炮兵实施火力准备，对铁路以东的日军第３旅团阵地集中射击，尔后东北军以一个营的兵力发起了局部反击。
东北军的左翼阵地本来就有些靠后的，要攻击这里，日军就要把冲击出发阵地前移，其左侧翼对着东北军中央守备区，形成一个突出部。东北军中央区域的28旅官兵五六百人，就是从这里向29联队的侧翼发起了反攻。
东北军的反攻出乎日军意料，将日军突出的部队打得步步后退。然而，反击的东北军官兵也遭到了恼羞成怒的日军炮火凶猛攻击。原本配属给29联队参与进攻的日军，多门二郎派出坦克加入了进攻队列。一个小时的激战，东北军的反击部队惨重伤亡后，不得不撤回阵地。
战至早7点，日军全线共伤亡两千余人，坦克被击毁7辆，部队不得寸进。不过反击虽然取得了一定战果，可是东北军将领们却忧心忡忡，毫无喜悦之情。
日军一天内，凶猛的火力和疯狂进攻，让苏炳文、李杜等人明白，现在哈尔滨急需援兵。而援兵在哪里呢？其实就在哈尔滨的松花江对岸，那里正是黑龙江省主席马占山的部队。
黑龙江省主席马占山，因为一场江桥抗战，现在已是闻名全国的抗日英雄了，声望正如日中天。虽然从齐齐哈尔撤退后马占山伤亡很大，但经过近一个月的休整，他们的兵力依然在万人左右。
从哈尔滨北渡松花江，就是黑龙江省的地盘，这里还有一条铁路，只要马占山愿意，黑龙江的援军用不了一个小时就可以坐火车赶到哈尔滨。而且，在江桥抗战时，丁超还派出过一个团过江去增援他们。
因此，在日军进攻之前，李杜、丁超、王之佑等哈尔滨的东北军将领曾经过江去和马占山会晤。马占山当时也信誓旦旦的承诺，届时一定派兵过江支援作战。所以战事初期，哈尔滨方面对马占山的支援还是很乐观的。
可在哈尔滨战事开始后，马占山的数支部队确实开到了哈尔滨北岸。然而，在哈尔滨战线陷入危急时，马占山的部队却不顾哈尔滨守军的一再催促，只是呆在松花江北岸不肯过江。李杜打电话给马占山，马占山则根本不接。
最后，马占山派到哈尔滨的联络员王象九气愤的说了实话，马占山这是在观察形势呢。战事较好他自然乐意锦上添花，可如果形势比较差，他是绝决不愿意过江和日军打硬仗的。
果然，5日，就在哈尔滨战局危急，东北军还在苦苦支撑时，马占山的援军却已经不放一枪，掉转车头走了。
马占山的黑龙江省部队一撤，对哈尔滨抗战将士的打击极大，苏炳文、李杜、丁超、邢占清、赵毅等人都是一脸铁青。大家都清楚马占山的部队撤走，将意味着他们将彻底成为孤军，再无任何援兵。
这可不是简单的背信弃义，而是对黑龙江抗战全局的一种破坏。马占山这么一走不要紧，不但把哈尔滨守军丢在了日军的猛攻之下，还极大地损伤了东北军官兵的抗日热情。一时间，不少部队私下里开始传出了风言风语，一些投降派更是开始煽风点火，制造消极气氛.……。
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