虽然两翼攻势进展缓慢，但苏军中路部队还是按照计划取得了一定成功。在战役的第一天，苏军装甲部队就攻克了宁夏最北部的惠农县，并对石嘴山形成半包围；第二天，石嘴山在绝对优势炮火的打击之下投降，但整座城市的守军只有1个民兵师和两个残缺的步兵团，这说明中国军队根本没有打算和苏军在这个边陲城市耗下去。负责本次主攻任务的苏联坦克第8集团军司令员抱怨蒙古方面军司令员叶廖缅科“根本不懂坦克”，居然把进攻石嘴山这种次要任务交给坦克师去做，结果既浪费了宝贵的燃油，又损失了宝贵的时间。不过，这也不能全怪叶廖缅科判断失误，最重要的原因是中国军队一直声称要死守石嘴山，而且在石嘴山市内营造了大量巷战工事的假象，使苏军情报部门大摆乌龙，以为这是一座“由4到6个师严密设防的城市”，必须借助坦克的力量才能夺取。事实证明，在石嘴山浪费的24小时对苏军攻势造成了致命的影响，宁夏北部的守军利用这段时间完成了重新部署，在银川以北的贺兰-平罗一线调集了新的预备队，并将许多重武器转移到苏军下一步进攻的必经之路上。9月20日下午，苏军第9机械化军企图迅速攻克平罗（这座城市位于贺兰山北面的一个山口，离银川只有70公里），却遭到中国军队密集火力的打击，整个贺兰山北麓遍布着中国人的炮兵阵地和散兵坑，一时难以攻下。黄昏时分，蒙古方面军司令部下达了夜间作战的命令，方面军下辖的TB-2和TB-3重型轰炸机也再次起飞，进行夜间地毯式轰炸——可惜由于地形复杂，这种轰炸效果甚微。苏军坦克基本上不具备夜间作战的能力，如果打开探照灯冲锋，无异于把自己暴露在反坦克火力之下，因此所谓的夜间作战不过是一句空话而已。
9月21日，听到两翼步兵进展缓慢的消息，心忧如焚的叶廖缅科要求中路部队必须加快速度，以减轻两翼的压力。作为装甲矛头的苏军第23、第24坦克师选择了平罗西北方向的一片沼泽作为突破方向，这片沼泽已经基本干涸，其中有大片坚硬的陆地适合坦克通过，苏军认为这可能是中国防线上的一个缺口。可是直到进攻开始，第23坦克师师长才发现自己陷进了一个无底洞，谁也不清楚他们对面究竟有多少中国军队，只知道漫天都是反坦克炮火，秋天的芦苇被燃烧弹点燃之后，立即形成熊熊的火网，与坦克协同作战的步兵根本无法通过。后续的第24坦克师在通过沼泽时，看到遍地烧焦的芦苇和弹痕累累的土路，每隔几十米就有一辆冒着黑烟的T-26或T-34坦克，大部分坦克显然是在100米以内被击中的。中国军队的主要目标是坦克，只要击毁一辆坦克，沼泽深处就会爆发出一阵震耳欲聋的欢呼；对于苏军步兵，他们主要用轻机枪和步枪来压制，很少使用火炮。当苏联人增援的第89步兵师抵达时，中国人立即调来了两个重机枪营，覆盖了长达5公里的沼泽地域，苏军步兵不得不在泥泞不堪的土地上匍匐前进，到处都是呼唤担架的惨叫声。中午时分，苏军决定发动总攻，步兵们不得不穿越尚未干涸的一片沼泽，在齐腰身的泥水中发动冲锋；他们得到了第9机械化军的突击炮和迫击炮支援，但是中国人的火力也不弱，双方损失都很惨重。下午2点，叶廖缅科亲自下令向这片沼泽投入2个步兵师的预备队，苦苦支撑的中国守军终于开始退却；沼泽南岸倒卧着数千具尸体，大部分都被泥水浸透了，甚至分辨不清是中国人还是苏联人。
虽然勉强突破了平罗西北方向的沼泽，苏军的麻烦却还没有结束。隐藏在灌木丛中的中国狙击手冷静地寻找着一个又一个目标，苏联人不得不抽调出十多个连队，在茂密的灌木中进行拉网式清剿。针对苏联人的清剿，中国人很快发动了“反清剿”——手持刺刀的步兵小分队迅速渗透到苏联战线后方，寻找战场上垂死挣扎的苏联伤兵，赶在苏军医疗兵到达之前把他们用刺刀捅死。据苏军第89步兵师的统计，该师当天阵亡的812名士兵中，有300多人是受伤之后又被刺刀捅死的。这种悲惨的景象使许多苏军步兵神经高度紧张，宁可在第一时间被子弹打死，也不愿意受伤之后被敌人折磨而死。
与此同时，平罗东北方向的公路也成为双方争夺的焦点，这条公路东侧有一条宽阔的水渠（著名的“惠农渠”），双方回旋的余地十分狭小，公路和水渠之间堆积了无数的尸体和损坏的装备。负责这个方向的是苏军第45坦克师、第29机械化军和第100、101、104三个步兵师，还有两个步兵师作为预备队，他们由第29机械化军军长统一指挥协调。但是，第29机械化军军长犯了一个严重的错误——没有及时派兵抢占水渠以东的制高点，对水渠以西的主力部队形成呼应。结果，中国军队牢牢控制着水渠以东地区，苏军进攻正面非常狭窄，并遭到水渠对岸的强大火力扫射，步兵几乎不敢移动。直到下午3点，苏军两个坦克连才绕过水渠，占领了对岸的两个制高点，双方战线形成了犬牙交错之势。战斗打到这个地步，双方都怀抱着强烈的仇恨和怨气，每一寸土地都要以生命为代价，每一名士兵都变成了屠杀的机械。凭借强大的兵力优势，尤其是坦克和空中支援的优势，苏军总是能取得一系列胜利，但胜利的代价越来越大，步伐也越来越慢。直到9月21日晚上8点，太阳已经完全落山，苏军离平罗市区还有4公里之遥。
蒙古方面军的坦克指挥官们现在开始怀念他们的老上司——现在担任华北方面军司令员的马利诺夫斯基大将了，马利诺夫斯基属于那种真正懂得使用坦克的人，而叶廖缅科只是把坦克当作移动的火力点使用而已。第45坦克师师长在9月21日损失了12辆宝贵的T-34坦克，BT快速坦克几乎损失殆尽，甚至不顾上下级礼节，在电话里大肆抱怨叶廖缅科的无能。这位坦克师师长精辟地指出：“我们应该把敌军步兵交给我军步兵去对付，坦克部队则应该猛冲猛打，直奔敌人的主要据点和交通枢纽。现在我们却让坦克和步兵混在一起，丧失了起码的机动性，这种落后的战术怎么可能成功呢？”不过，即使让坦克部队冲在最前面，恐怕也不能解决所有问题，因为中国军队的防御体系十分严密，反坦克地雷、枪榴弹和分布广泛的反坦克炮都能使敌军坦克防不胜防，在这种情况下，使坦克部队与步兵部队分开并不明智。叶廖缅科的指导思想就是“不求有功，但求无过”。
参加宁夏战役的大部分苏军士兵都是拥有一定经验的老兵，从国内调来的补充兵只占20%，经过几个月的战火洗礼，他们都变的更加坚强、不容易疲劳了。但是为苏军运送后勤物资的马匹、骡子和耕牛却另当别论，服役时间超过两个月之后，大部分牲畜都会不堪重负。在西北战场，苏军的一半后勤物资是用牲畜运输，三分之一用小型农用车或拖拉机运输，只有六分之一使用军用卡车运输，这一方面是因为军用车辆不足，另一方面也是因为苏军军用车辆越野能力不足。军事专家往往会感到困惑：为什么苏联可以研制出越野能力最强的坦克，却研制不出越野能力强大的军用卡车？在整个苏联军队服役的30万辆军用卡车中，越野能力最强的居然是德国大众汽车公司生产的六轮驱动卡车，据说它的运输效率相当于三辆苏联国产的六轮驱动卡车。其实，这都是苏联国防工业过度重视武器生产，轻视运输设备生产的恶果，苏联领导人总是认为，只有坦克、装甲车和自行火炮才能决定战争的胜负，至于卡车、摩托车和吉普车则属于半军用半民用设备，不值得注意。
在银川附近爆发激烈战斗时，我们第5装甲集团军也负责着保卫侧翼的任务。青铜峡是整个宁夏的咽喉，苏军右翼的迂回攻势主要针对的就是青铜峡以北地区。战役开始的第一天，第5装甲集团军就调出了一个步兵师、一个摩托化步兵师（其实只能算徒步步兵师）向西运动，阻止苏军的侧翼迂回。作为第10装甲军的代军长，我暂时没有接到出击的命令，我们仍然是一支机动待命的预备队。在我们的侧翼，还有第31集团军的6个师和1个民兵师，苏军想突破这层层阻碍可不是一件容易的事情。虽然具体战况是保密的，我们仍然能从运输队和伤兵口中得到很多前线消息。运输队司机兴高采烈的宣称苏军已经被成功的阻挡在青铜峡西北的贺兰山灌溉总渠附近，英勇的第31集团军准备投入最后的预备队，彻底打破苏军越过贺兰山的美梦。从前线退下来的伤兵也都士气高昂，虽然许多人伤势严重，却显示着乐观的态度。“既然西面的苏联人没有坦克，兵力也不占绝对优势，还有什么好害怕的呢？除了偶尔出现的伊尔-2强击机，我还真没有害怕过他们。”一位获得了果敢勋章的伤兵如是说。
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