8月14日左右，苏联远东第1方面军、远东第2方面军、后贝加尔方面军开始了对辽宁的进攻，开始攻势范围很小，以空军轰炸为主，坦克和摩托化主力仍然蛰伏不动。苏联与中国争夺的焦点是吉林西南部的四平，它不仅是吉林第三大城市，也是辽河平原的门户，控制着从长春通向沈阳的铁路和公路，与辽源、通化等城市共同构成吉林南方的最后一道屏障。这一地区的地形比较平坦，既没有山峦也没有沼泽，但城市作战是苏军比较头疼的问题，哈尔滨和长春在完全被包围的情况下还坚持抵抗一周之久，没有被包围的四平又能够抵抗多久？在城市巷战中，苏军炮火、装甲和战术空军的优势完全无法发挥，如果不能通过突袭拿下四平，那么最好的战术就是绕过四平，切断沈阳与四平的联系，迫使整个辽河集团军群向后撤退。关键在于，日军能够对沈阳施加多大压力？辽河集团军群的防御重点究竟是沈阳，还是辽东半岛？
8月15日凌晨，举世震惊的“翔鹤号被袭事件”发生了，在中国海军航空兵的猛攻之下，日本海军不但损失一艘重型航空母舰，还损失了一个旅团的海军陆战队，刚刚夺取的营口军港也被夺了回去。日本海军在遭受打击之后，再也不敢把大型水面舰船派进渤海湾，一切水面封锁线都撤退到渤海海峡外侧，对辽宁中南部的轰炸几乎完全停止。日本陆军在8月上中旬取得的一系列战果，主要是依靠海军航空兵的支援，现在海军打了退堂鼓，陆军也失去了继续蚕食辽中南的动力；况且，在轴心国条约里被划归日本的是抚顺、本溪、鞍山、营口一线以东地区，现在这条轴线北部的抚顺和本溪已经落入日军之手，下一步究竟是进攻鞍山、营口，还是把主攻方向转向辽东半岛，在日本帝国大本营内部争论很大，但有一点是可以肯定的：日军肯定不会帮助苏军进攻沈阳。从四平到沈阳的公路沿线密布着大中型工业城市：昌图，开原，铁岭……一想到中国人可能会在每个城市的街巷都拼死抵抗一番，苏军高级将领就不寒而栗。
从8月17日开始，苏军远东第2方面军的3个步兵师攻入四平郊区，倒霉的库利克又一次承受最困难的任务，他手中寥寥无几的坦克都被调到了内蒙古，现在已经沦为彻头彻尾的步兵方面军，下属的航空集团军也被调的只剩下一个空架子。库利克对此大为不满，认为这是苏军总参谋部迫害自己的又一罪证，事实证明他的确在四平城内蒙受了惨重损失。第一批投入的3个步兵师连最北面的一个区都无法控制，19日又投入了3个步兵师和1个炮兵师，勉强推进到离市中心5公里的地方；20日，远东第1方面军对通化发动攻势，辽河集团军群不得不将预备队派到通化，库利克趁机占领了四平中心火车站。直到21日中午，在“满洲战区”总监沙波什尼科夫元帅的命令之下，后贝加尔方面军的3个坦克师和1个机械化军才加入了对四平的进攻，并且他们不是攻入四平市区，而是从西南方向绕过四平，企图切断四平与沈阳的交通线。沙波什尼科夫元帅和后贝加尔方面军司令员布琼尼元帅都声称，坦克部队的动作之所以这么慢，是因为检修、油料补充和重新编制花费了大量时间，纯粹是客观原因；但是在库利克看来，这纯粹是后贝加尔方面军的诡计，把最硬的骨头扔给远东第2方面军去啃，自己则跟在后面收拾胜利果实。
无论怎么说，在苏军展开全面进攻之后，四平已经不可能坚守下去了。中国最高统帅部授权辽河集团军群司令王澍上将在8月21日之后随时撤出四平，王澍于8月22日深夜下达了撤退命令。此时四平到沈阳的铁路已经被切断，但苏军坦克还没有控制所有公路，王澍命令他所剩无几的战略预备队向四平市区发动了一次英勇的反突击，付出了伤亡1万多人的代价，暂时遏制了苏军坦克咄咄逼人的攻势；接着，辽河集团军群第32集团军于8月23日中午进入四平市区，与城内剩余的4个步兵师、2个民兵师汇合，并在12个小时之内与他们一道撤离了这座岌岌可危的城市。最后的撤退是在深夜完成的，据第32集团军的战士回忆，当时的战况非常危急，苏军用大功率探照灯照亮了天幕，伊尔-2强击机和佩-2轰炸机肆无忌惮的向市中心的街道倾泻炸弹，大口径榴弹炮开火的声音此起彼伏，绝大部分街道都化成了瓦砾，只有西南方向的两个郊区还保存完好，因为苏军坦克要利用那里的道路进行迂回进攻。8月24日凌晨，王澍一直紧张地守着野战电台，向第32集团军司令部大声询问：“你们完成撤退了吗？你们与敌人脱离接触了吗？发生任何情况，都必须立即报告！”但电台里是死一般的沉寂，偶尔传来急促的呼吸声，就是没有人回答。人们经常说：“没有消息就是最好的消息”，但在战争中，没有消息往往意味着最坏的消息，因为前线指挥员都希望在第一时间把胜利的喜悦传达给上级，对失败的苦果则隐藏的越久越好，往往几个小时甚至几天之后，你才能听到下级哆哆嗦嗦地报告惨败的消息。事实上，第32集团军当时正在经受苏军10个步兵师、2个炮兵师、3个坦克师和2个机械化军的强大压力，在拼命逃跑的同时还要拖着几万经验薄弱、惊恐万状的民兵，哪里有时间整理报告？幸运的是，苏军负责正面进攻的远东第2方面军和负责侧翼迂回的后贝加尔方面军配合的很不好，没有及时合拢包围圈，终于在24日拂晓让疲惫不堪的第32集团军和四平守军一起逃出四平，辽河集团军群总算保住了这支重要的有生力量。
四平战役虽然非常激烈，却并没有苏军想象的那样血腥，因为中国军队明智的选择了退让而不是硬碰硬。库利克的远东第2方面军阵亡1.1万人，受伤3万人；布琼尼的后贝加尔方面军阵亡2000多人，受伤不到1万，另外损失30多辆坦克和装甲车；中国军队阵亡则超过3万，受伤至少有5万，但是其中有许多是民兵，正规部队损失比较小。总而言之，苏军虽然避免了像哈尔滨和长春那样惨烈的巷战，却也失去了围歼辽河集团军群主力的机会，王澍上将现在仍安安稳稳地坐在沈阳的司令部里，从营口、牛庄和旅顺三个港口接收内地送来的补给物资，似乎还可以坚持很久。
8月25日，远东第1方面军攻陷了四平东南250公里的重镇通化，次日又攻陷了通化和四平之间的工业城市辽源，现在整个吉林都掌握在轴心国手里了。但是，远东第1方面军司令员科涅夫并不特别高兴，他向总参谋部报告说，辽河集团军群主力几乎没有任何损失，至少还保存着20个师，建议总参谋部立即下定决心，以迅雷不及掩耳之势从四平、通化两个方向对沈阳展开钳型攻势，必须在半个月之内拿下沈阳，不要再坐等中国人完善他们的防线。可是他的顶头上司沙波什尼科夫元帅提出了完全不同的意见：“中国人的能量已经耗尽了，他们在哈尔滨和长春打的很凶，在四平和通化已经无力抵抗，现在只需要伸出一个手指头就能把他们推dao了。我不认为现在还有必要采取冒险的军事行动，最高统帅部应该把重点放在对中国其他地区的占领上，因为我们都盼望在年底之前结束战争。”看到沙波什尼科夫异常乐观的电报，斯大林不禁乐的飘飘然，甚至在克里姆林宫的一次宴会上在全体最高苏维埃成员面前跳了一个高加索土风舞，并连声高呼：“为了远东战局的胜利欢呼！乌拉！”8月26日，为了祝贺“战无不胜的苏联军队的伟大业绩”，莫斯科全城的鸣放礼炮，斯大林秘密指示最高苏维埃筹备“战胜中国”大型庆典，这个庆典应该在苏联和中国的首都同时举行。
在这样狂热的庆祝气氛中，总参谋长朱可夫和副总参谋长华西列夫斯基倒还保留着清醒的头脑，尤其是朱可夫一再提醒斯大林不要轻视中国，现在它虽然已经奄奄一息，但几个月之内又可以恢复过来，精神抖擞地再打上几十个回合，所以不但不能松劲，还要继续增兵。当时斯大林已经决定下一个主攻方向是中国西北地区，这个计划得到了华西列夫斯基的支持，朱可夫则主张直接进攻北京，可是他不可能违背斯大林的意志。究竟是先进攻华北还是先进攻西北，在苏联最高统帅部有一些争论，但大部分人并不重视进攻的次序——反正中国已经无力抵抗了，最大的资源产地和工业基地已经失去了，胜利只是早晚的问题，准确的说是“今年胜利或者明年胜利”的问题。朱可夫忧虑地向斯大林指出，进攻西北会给苏军补给带来极大烦，而且西北的战略空间很大，中国军队有充裕的回旋余地，即使完全夺取这片人烟稀疏的地区，也不会使中国人丧失抵抗意志。斯大林则回答说，西北的资源对中国来说是至关重要的，西安是中国最重要的军火基地之一，兰州则是重要的化工基地，甘肃全省供给着中国1/3的石油化工产品，丢失这个省份对中国来说是致命打击。朱可夫对这个解释非常不满，他在日记里写道：“如果战争可以等同于经济上的加减法，仅仅以破坏对方工业生产能力为目的，那么战争也太简单了。夺取工业基地只是手段，歼灭敌人有生力量才是唯一的目的！”
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