总攻开始后的两个钟头里，北面主攻地段进展顺利，各师一线团的第一梯队迅速排除进攻路线上残存的地雷、铁丝网、鹿呰等障碍物，越过大多被炸塌炸平、散布着大块弹片和残肢的前沿堑壕，小心接近那些由深达三四公尺、宽十来公尺的巨大护城壕包围着的堡垒和炮台。
但就在第一梯队的突击队试图通过护城壕被炸塌的部分冲上堡垒和炮台表面时，大多遭到了各种口径炮弹冰雹般的交织射击，伤亡惨重，密集的炮火还炸断了许多突击队借以联络炮兵的电话线，被弹幕截断的突击队被死死压制在原地，进退不得，无法发挥攻击梯队的先导作用。
在“眼睛”和“清道夫”失去作用的情况下，作为梯队主干的第二和第三攻击波在第四波轻火力支援队的掩护下连续发动步兵连突击，同样遭到密集曲射火力的拦截，付出巨大代价后勉强攻占部分表面阵地，却被随处暗藏的枪眼中射出的弹雨打到动弹不得。事后查明，当天战斗中，俄军配备在装甲炮塔内的法制半自动迫击炮发挥了重要作用。
入夜后，各师一线团的第二梯队补入了第一梯队，连夜前送弹药、后送伤员，并接复联通炮兵的电话线，部分二线团还趁夜占领了各堡垒与炮台间的开阔地，修挖堑壕，构筑掩体，以期切断彼此联系。
第一天的战斗中，华军俘虏了4000多名负伤或被毒气熏倒的俄军士兵，乌兰乌德北面和东面总共6座堡垒、7座炮台均丧失部分表面阵地并被切断联系，但它们的火力仍仍牢牢掌控着进入市内的通道。
当夜，总结了白天的作战后，肖烈日决定从次日开始，集中力量，逐一拔除已经孤立化的各个据点。
最先要拔除的，是处于战线左端，紧靠色楞格河的6号堡垒。为尽快达成目的。肖烈日投入了第20师的两个二线团和作为预备队的第45师两个团，为加强该处进攻部队的近迫火力，还将集团军直属30部320毫米重型掷弹器中的20部连夜运至距堡垒核心阵地不到500公尺的危险地段，意图借助300公斤混凝土破坏弹的近距离齐射为突击部队开路。
次日天明后。攻城重炮群依据前沿电话指示，不断修正命中点，准确“敲击”昨天战斗中已经暴露的各处火力点，足足3小时的重炮轰击打碎了更多的水泥，穿透或掀翻了更多的炮塔。这天，俄军炮台再也无力向华军炮兵还击。
上午10时，六号堡垒方面，最后几轮迫击炮和重型掷弹器的齐射吹响了步兵突击的号角，在手榴弹烟雾的掩护下，携带喷火器、爆破筒的攻坚小组匍匐前进，先用喷火器往残存的射击孔里倾射火焰，继而由爆破手塞入爆破筒，连烧带炸，一一解决。最后由佩戴防烟面具、携带冲锋枪、喷火器和特种烟雾手榴弹的突击小组偱着堡垒表面被炸开的缺口深入内部，火攻加毒攻，彻底歼灭残敌。
仅用了3个小时，攻击部队宣告夺取整座堡垒，俘敌200余名，缴获大量弹药和粮食，己方伤亡不到100名。
与此同时，作为辅助攻击，第22师的两个团小心翼翼地攻击了邻近的5号炮台，不料却顺利得手。原来该炮台的通风系统在早上的重炮轰击中受损失效，残存守军在第22师攻击前发起的特种烟雾攻击中大部中毒，几乎毫无抵抗地任由华军突击兵摸入炮台内部。
尝到甜头的肖烈日依样画葫芦，连续调整部署。自战线左方到右方一一扫除俄军强固据点，于5月9日拿下五号堡垒和四号炮台，5月10日攻占四号堡垒和三号堡垒，从北面进入市区的通道被打开。5月11日，以10余部装甲汽车为先导，以第45师177团为基干的先遣支队突入乌兰乌德火车站。市区方面的俄军被分割成两片，至此大势已定。
5月12日中午，龟缩在南部乌达河畔8号堡垒中的守军司令米赫留尔中将派出军使打着白旗前往火车站，接洽投降事宜。下午四时，双方司令官在已成废墟的车站大厅外会谈，米赫留尔请求允许“军官保留佩刀、部队保留军旗的体面投降”，肖烈日道：“本司令官深佩贵军之勇武顽强，故为体谅计，前一条可以，后一条不许。贵司令官若有意，可做众官牟之表率，带头参与多民族融合之布里亚特自治政府，必有重用。”
见米赫留尔支吾不语，肖烈日笑道：“参与新政府之事可日后慢慢考虑，本司令官宽容至此，降与不降，汝当速断。”
米赫留尔不敢犹豫，只得忍辱开口道：“我们投降。”
5月13日，城内残余的1万6千名俄军放下武器，走出堡垒、炮台、街垒、地窖、房屋和堑壕，向华军第1集团军官兵举手投降。
连续六天的要塞攻略战中，第1集团军以伤亡近万的代价毙敌 0余，俘敌2万1千人，前后耗费各种炮弹50余万发，到战役结束时，集团军到各师的炮弹储备点已是空空如也……
5月15日，第10铁道集群司令部进驻乌兰乌德，与第3铁道集群合编为第13铁道集群，征发大量战俘与当地居民，以前所未有的极限速度全力改修乌兰乌德到斯柳江卡之间320公里的铁道，为预定于六月初发动的夏季攻势奠定后勤基础。到王直莅临乌兰乌德的这一天——5月25日，改修工作已完成三分之二——约240公里。
以上情形，王直早已通过第一集团军提交大本营的报告了然已心，这次他作为北方战区总统帅回到前线，代表女皇陛下表彰肖烈日的武功只是下