左翼军队被全歼，俄军的战线也出现了一个大缺口，中路军队的侧翼也完全暴露在人民军的兵锋下，至使俄军的形式直转而下，甚致有全线溃败的危险，林涅维奇也不敢怠慢，赶忙向中路、右翼的军队下令，让他们立刻撤军，不过这时己时己晚，因为就在次日一早，人民军向俄军阵地发动了全线的反击。
其实就在当天晚上，人民军歼灭了俄军的第1集团军之后，就再度做好了出击的准备，第4军运动到了俄军第4集团军侧翼，而第3军则赶到了左翼战场，增强了左翼的兵力。第5军负责将俄军的俘虏押送回辽阳，并作为全军的预备队。
其实尽管人民军的援军赶回来，但在总兵力上，还是要比俄军略少一些，但这时双方的精神斗志却不是在一个层面上，俄军得知第1集团军被全歼之后，全都军心大动，而收到了林涅维奇的撤军命令之后，则都想着赶紧撤回沈阳，根本无心恋战；人民军却是士气高昂，挟持着全歼俄军第1集团军的余威，向俄军的阵地发动了猛烈的进攻。
由其是俄军中路的第4集团军，侧翼的空门大开，遭到了人民军的两线攻击，至使俄军顾此失彼，如果是固守阵地，还能抵挡一阵，但俄军正在撤退中，就难加难以防范，人民军的第4军趁着俄军后撤之间，从俄军第4集团军的侧翼*，最终击败了俄军的阻击部队，并从俄军的侧翼插入，配合正面进攻的军队，将俄军第4集团军的两个师硬硬的和大部队分割开来，并将其包围，又重演第1集团军的那一幕。
结果俄军第4集团军虽然最终逃脱，但被分割的两个师却被人民军团团包围，俄军虽然发动了突围战斗，但在人民军的严密防守下突围无果，而在人民军的装甲列车炮、牵引火炮的猛烈轰击下，被包围的俄军抵挡不住，最终剩余的近2万俄军向人民军投降。
相对来说，俄军右翼的第5集团军的情况到是要好的多，因为侧翼没有受到人民军的威胁，因此可以从容的撤退，虽然人民军依靠自行火炮的远射程和重炮威力，击溃了俄军第5集团军的断后掩护部队，但无法像中路战场那样，对俄军进行分割包围，自然也就难以取得较大的战果，也让第5集团军得全身而退，至少没有团级建制的部队被人民军全歼。
至此，人民军和俄军的十里河之战也全部结束，以人民军的全胜而告终，这是人民军进入辽东之后，与俄军发生的第一场战斗，俄军失败之后，只能退守沈阳，再加上日军己被逐出了辽东战场，因此从战术层面上说，人民军已取得了战争的主动权。但从战略层面上说，这也标志着华东政府己正式和日、俄两国为敌，而华东政府、俄国、日本三国角逐东北亚的主导权的格局也彻底形成了。