工事的炮弹装填了延迟引信，能钻入碉堡内部后再爆炸。即便是日军用钢筋混凝土修筑的永备工事，在这种炮弹面前也如同纸糊一般。
一个碉堡被命中，炮弹穿透一米多厚的混凝土墙，在内部爆炸。里面的日军士兵甚至来不及发出惨叫就被冲击波和弹片撕碎。
另一个碉堡的顶部被直接命中，整个碉堡被炸得四分五裂，混凝土碎块混合着人体的残肢抛向空中。
炮击持续了整整一个小时。
当炮火开始延伸时，第一纵队的步兵发起了冲锋。
战前所有人都以为张北会是一场硬仗。这里驻扎着日军独立混成第二旅团的一个联队，加上伪蒙军一个骑兵师，总兵力超过六千人。日军在这里修筑了完善的防御工事，储备了大量弹药粮食，做好了长期固守的准备。
但战斗的进程出乎所有人的预料。
八路军步兵在炮火准备后冲入日军前沿阵地，发现日军的抵抗微乎其微。那些在炮击中幸存下来的日军士兵已经被持续一个小时的猛烈炮击震得神志不清，许多人耳鼻流血，连枪都拿不稳。
伪蒙军的表现更加不堪。炮击开始后不久，就有大量伪军扔掉武器向后逃跑。当八路军步兵冲上来时，成建制的伪军举起了白旗。