经过一个白天的压缩进攻，日军池田联队被密不透风压缩在小清河方圆10公里范围内。即便这样日军并没有意识到，夜晚来临时会是多么恐怖。晚8时整，一声令下，八路军第3炮兵师24门重炮，66门山炮，如同炸雷般展开轰击，火光映红了半边天、照亮了炮兵阵地。伴随炮兵指挥员挥舞的令旗，炮兵战士挥汗如雨。不少士兵光着膀子、摘下钢盔，把一发发炮弹送入炮膛，每一发炮弹都是死神的降临。
炮弹在日军简陋的工事上爆炸，可以清晰看见日军士兵的尸体被抛向空中。日军判断八路军南下作战，由于是深入纵深根本不会出动炮兵。两天的战斗，日军没有遭受敌军炮火打击，因此池田联队根本没有做防御炮击的准备。八路军没有火炮以达共识，池田联队长虽然身陷瓮中，但是他并不担心。八路军没有炮火支援，所部不可能在短时间内被一口吃掉，最起码坚守几天没有问题。
不仅池田联队长这样认为，日军司令官安藤吉利也这样认为。或许八路军攻击疲软，战况有可能打成焦着状态。由此池田联队长信誓旦旦，认为自己将为大日本皇军创造奇迹。大约下午5点，八路军停止攻击。虽然白天外围阵地丢失了一部分，池田联队长认为不足为惧。而兵力向核心地带集中更利于固守。
短短两天时间，池田联队完成工事构建，并形成环形状。日军构筑的环形工事，完全是教科书式的防守。池田联队长大言不惭道：英勇的大日本帝国勇士能征善战，此战创造奇迹的机会来了。他认为：八路军白天连续攻击也不过如此，这说明中国军队即便强悍的八路军，也是守强攻弱。况且，当天下午日军运输机投掷了大量弹药和给养，由此池田联队长更有信心固守到底。
当晚8时，池田联队长正在饮酒，皆以缓解紧张疲惫的身躯。突然北面传来几声炮击，池田联队长诧异：“这是火炮的动静，立即查询前沿部队，炮击是怎么回事？”
一名日军作战参谋摇动电话接听，未等拨通，猛烈的炮击突然骤响，如同打雷一般。“不好！八路军展开大规模炮击！”作战参谋手里的电话吓得掉在地上。无需再查问，池田联队长急忙跑到外面，看到北面传来连续不断的爆炸和映红半边天的火光，作为久经沙场的军人，他完全知道那是一番什么情景，这样的炮火、这样的打击，他不由自主的发呆。
近百门火炮，其猛烈的炮击完全是地毯式的轰炸，这在八路军作战史上、甚至中国军队作战史上都是第一次。
南线，106师团长松浦纯六郎，接到池田联队长报告，顿时傻了，好半天才回过神来。随即他命令池田联队长顽强固守、随时报告。接着松浦纯六郎下令所部发动猛攻，木岛联队、津田联队、工兵联队，组成波浪式进攻队形，发动潮水般的攻势。日军似乎拼命了，并在炮火掩护下不计代价。松浦纯六郎亲自督阵，并让大队长带头冲锋。
面对敌人狂攻，杨得志下令投入全部预备队，激战在这个恐怖的夜晚，开始轮番上演。陆河104师团接到司令部电令，八路军动用强大炮火轰击池田联队，责令104师团要不惜任何代价突破敌军阻截，情况危机，师团长浜本喜三郎，下令发动全线攻击。此时，第12旅全部拉到陆河投入作战，防止日军狗急跳墙。一时之间战况变得十分惨烈。
大规模炮击20分钟后，炮火开始延伸。北部攻击部队发动攻击，不到一个小时，突击部队攻入敌阵，日军防线崩溃。大约午夜时分，分东西南三个方向各部全部攻入敌阵，日军的防线支离破碎，日军被分割成几块。即便没有生还希望，但日军士兵是不会投降的，他们拼死抵抗。战斗到天亮，日军有三分之二兵力被消灭，大约有1000人固守不到3平方公里的区域，战斗已经没有任何悬念。
临晨6时，猛烈的炮击再次砸向日军阵地，池田联队长下令最后一次发报，然后砸碎电台、烧毁军旗。106师团师团长松浦纯六郎，蹬着一双血红的眼睛看着手里的电报，无奈的下令停止攻击。“给司令部发报，池田联队全体玉碎！”常言道福不双至、祸不单行，就在此时厄运接踵而来。“报告，轻重联队来电，大批八路军出现在汕头，突然发起攻击！”松浦纯六郎闻听大惊。
“立即把情况上报司令部，命令渡边联队火速由揭阳回援汕头，命令木岛联队断后阻击敌军，津田联队、工兵联队、炮兵连队火速回援汕头。”日军收兵果断，动作十分迅速撤离。八路军阵地上，师长杨得志放下望远镜道：“日军已经得知汕头的情况想跑，命令各旅组织突击队追击！”顿时攻防颠倒。日军由进攻一方变成逃跑一方，并实施节节阻击。
上午8时，永定兵团司令部，参谋长周坤喜气洋洋道：“林总，陈光来电，杨成武部围歼十分顺利，目前为止仅有少量日军负隅顽抗，中午前解决战斗没有问题。”“第1师第4旅来电，汕头日军兵力空虚，所部已经攻入汕头市区，日军轻退守码头，并在战舰掩护下固守。”“告诉第4旅，日军轻重联队不重要，他们拿下汕头已经完成任务。命令陈光责成杨成武，迅速抽调第5旅支援李天佑，留下一个团肃清残敌，其余部队向南追击。”