齐齐哈尔是嫩江流域的统治中心城市，哈尔滨，绥化，北安三地日军各自出动了三千，乘坐火车，开往齐齐哈尔。
从日军的角度来看，东北民主联军还是按照前几年的活动方式，袭扰铁路，攻击城市，然后放弃了就跑。因此，日军没有全局的准备，而是按照以前的对策增援齐齐哈尔，再收复其他大小城镇。
中午，北安出发的三列运兵火车沿着齐北铁路，走到依安和克东之间被袭击。袭击一方使用了破甲弹，炸碎了几十节车厢，大量日军被炸死在列车里。
不久，民主联军接管铁路，李森担任铁道兵司令兼任铁路局局长，他在修理这些车厢的时候曾经感叹道：早知道这些破甲弹威力这么大，就改用其他弹头了，好多车厢几乎报废，太难修理了。
北安鬼子增援部队爬出车厢，立刻遭到打击。等到日军指挥官发现自己被将近两万人包围，想突围，已经晚了。
从哈尔滨来的日军同样受到袭击。在离开哈尔滨后，火车到达安达附近，铁路被炸。日军被两万多人包围。
只有绥化的增援部队没有受到袭击，因为他们走的路线是先去哈尔滨，再去齐齐哈尔，晚了几个小时。
这一仗打了三天。东北联军用一百多枚穿甲弹打碎了上百节列车车厢，炸死了大批日军，打击了残余日军的战斗意志，以相近的军力，完胜日军。
1月21日，齐齐哈尔光复，北安增援日军被消灭，哈尔滨增援部队在绥化部队的救援下，突围，步行回哈尔滨。
下午，残余的三千日军沿着铁路正在向哈尔滨运动，听见了飞机声。日军大喜：空中支援来了。
飞机临近，日军欢呼。刚刚吃了败仗，如今重新有了底气：没错，来的都是日本飞机。
他们没有注意到，来的十几架飞机队列很整齐，成长长的一列，什么型号的都有，来到日军队列上方。
突然意外来了，突然俯冲，机枪顺着日军队伍开始射击。
十几架飞机象进行教学训练一般对长长的日军队列反复扫射。日军立刻分散卧倒，不到十分钟，一小半日军死于飞机的枪弹。
很快，飞机离开了。一个小时后，九架飞机再次飞来，再次扫射。这一次，日军队形分得很散，损失少了很多。
两次空袭，日军死伤一小半，呼叫航空队支援有一段时间了，怎么飞机还不到？
正盼望之间，两侧冲出了大量的东北联军，高声呼喊，一边冲锋，一边开枪。很快，两军轰然接触在一起。
此时，从新京来的日军航空队三架飞机到了战场上方，只见下面穿着黄色军服的日军和穿着白衣服的东北民主联军绞在一起，不能轰炸，只好离开了。
日军飞机没有飞远，东北联军的战斗机飞了过来。这一次来的都是战斗机，有六架飞机之多。
第一次空战开始了。
因为飞机稍微一飞，就是很远的距离，所以空战现场在连环湖的上空，不在铁路边。东北联军的飞机是日本造，性能相近，飞行员几乎都是新手，远不如日军。东北联军虽然以多打少，仍然没有取得绝对优势。
但是，空军创造了一个奇迹，就是仅仅飞了几十个小时的中国飞行员击落了一架日军飞机，击伤一架。虽然自己也是一架坠落，一架受伤，东北联军空军却得到了巨大的鼓励：如此稚嫩的空军也能击落日军飞机。
空战只进行几分钟就结束了，而地面的战斗才刚刚开始不久。
一万多东北民主联军包围了不到两千的日军。
东北民主联军的冲锋枪发挥了极大的优势，一个人甚至能对付四五个人。大战数小时后，战斗就结束了。
这一次，参战部队几乎打光了手里所有的冲锋枪子弹和火箭弹弹头，花费巨大。因为对方战力不高，东北联军损失很少。
这创造了一个新的战争模式，用先进的武器，加上强大的拼刺刀的精神，击败日军。从此，东北联军拥有了铁路，拥有了城市。步兵和铁道兵第一次看到了自己拥有空中优势的好处。
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