日军第8师团在天津外围设置了多道防线，每道防线之间用反坦克壕沟和雷场隔开。
第36师的坦克在推进过程中触发了多处地雷，损失了少量坦克，但后续的步兵和工兵配合默契。
工兵在坦克残骸前方开辟通道，步兵跟在工兵后面逐段清理日军的火力点。
第74军主攻北平方向。王耀武采用了与天津方向不同的战术。他没有从正面压上去，而是命令部队从北平的东南和西南两个方向同时进攻，把日军的防线往城内压缩。北平的城墙又高又厚，正面攻打代价太大。
王耀武在进攻前派出了侦察兵，摸清了日军在城墙上的火力点位置，然后用炮火定点清除。炮火打了整整一天，城墙上的日军碉堡被逐个敲掉，步兵在炮火掩护下推进到了城墙脚下。
战斗持续了约三周。日军的抵抗异常顽强——不是因为他们还有打赢的希望，而是因为每多撑一天，天津港就能多撤走一批人。但他们的后勤油料和弹药已经接近枯竭。
日军的坦克大部分因为没有油料变成了固定炮台，被分散部署在街道的关键位置充当碉堡使用。坦克手们把炮弹打完之后就弃车撤离，有的甚至用步枪和手榴弹做最后的抵抗。
天津方向，第71军在第36师打开突破口后继续向城区推进。日军的防线在天津外围被撕裂之后开始瓦解，后卫部队逐段后撤，一边撤一边炸毁公路桥梁试图迟滞国军的推进。但第71军的工兵相当给力，往往是日军刚炸断一座桥，工兵就在旁边架起临时浮桥，步兵踩着浮桥继续追。
9月20日，第71军攻入天津市区。巷战持续了三天，日军残部最终被压缩到了天津港码头区。
北平方向，第74军在9月中旬攻破了北平的外围防线。9月25日，第74军攻入北平城。
巷战持续了将近一周。日军在城内利用使馆区的建筑和城墙上的残余工事进行最后的抵抗，但弹药已经打光了，很多士兵只能用刺刀和手榴弹硬扛。9月30日，北平全城被国军控制。
北平光复的那天傍晚，王耀武的部队从永定门进入北平城。街道两旁的市民从门缝和窗户里探出头来，看着这支队伍，脸上满是兴奋
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