民国二十年（1931年）四月三日至四日，奉天东线，本溪—凤凰城之间山区。
日军大本营增援的两个精锐师团——第8师团（弘前）和第10师团（姬路）的先头部队，第4旅团（属第8师团）和第8旅团（属第10师团），已通过朝鲜铁路，陆续抵达凤凰城，与先前溃败至此、士气低落的第20师团 残部汇合。一场更大规模的进攻，即将在奉天东线爆发。然而，骄横的日军未曾料到，等待他们的是一场精心布置的死亡陷阱。
凤凰城内，日军指挥部气氛微妙。新抵达的第4旅团 旅团长铃木美通 少将和第8旅团 旅团长板坂直 少将，看着灰头土脸、畏缩不前的第20师团师团长室兼次 中将及其部下，眼中难以掩饰轻蔑之色。
“室君，”铃木美通语带讥讽，“区区桂系地方杂牌，竟让帝国堂堂常设师团如此狼狈？莫非朝鲜的暖风，消磨了朝鲜军的武勇？”
室兼次面色铁青，强压怒火：“铃木君，板坂君，切勿轻敌！桂军火力极其凶猛，战术刁钻，尤其善用地雷、炮火，我军吃亏甚大！依我之见，应等贵师团主力及旅顺重炮大队抵达后，再行稳扎稳打……”
“哼！” 板坂直不耐烦地打断，“等？要等到什么时候？皇军的威严岂容亵渎！我看，是有些人被吓破了胆！我第10师团第39联队愿为前锋，直取本溪，让阁下看看什么才是真正的帝国军人！”
室兼次的劝告被当成了怯懦。四月三日清晨，第10师团第39联队 联队长大岛陆太郎大佐，率部率先离开凤凰城，沿安奉铁路向本溪 方向攻击前进。行至本溪与凤凰城之间的山地隘路时，先头部队突然触发了密集的反步兵地雷 和反坦克地雷（针对可能的装甲列车），顿时死伤一片，前进受阻。
“八嘎！卑鄙的支那人！只会用这种下三滥的手段！” 大岛陆太郎怒骂，立即命令联队工兵上前扫雷。然而，每当日军工兵试图排雷时，两侧山岭上总会响起冷枪，警卫第一师 和东北保卫军第一军 派出的精锐小分队，用精准的射击袭扰日军工兵，使其排雷工作进展缓慢，伤亡不断增加。
大岛陆太郎焦躁不已，向旅团长板坂直求援：“旅团长阁下！敌军胆怯，不敢正面交锋，只用地雷和冷枪阻滞皇军！我军工兵伤亡颇大，请求旅团工兵支援，迅速开辟通路！”
板坂直和铃木美通接到报告，非但没有警惕，反而更加确信当面之敌实力不济，只敢骚扰。两人相视一笑，均认为这是抢头功 的绝佳机会，立即派出旅团直属工兵中队，加强给第39联队。
在日军工兵付出不小代价后，雷区被勉强开辟出几条狭窄通道。第39联队小心翼翼地通过，后续的第4旅团第5联队 以及两个旅团部也认为危险已过，急于建功，未等后续部队完全展开，便一同进入了本溪以西的预设伏击圈—— 一段长约五公里、两侧山高林密的谷地。
下午二时，日军主力完全进入伏击区域。就在这时，三发红色信号弹腾空而起！
“开炮！”
随着警卫第一师 师长韦镇南 一声令下，隐藏在各反斜面的炮兵阵地发出了天崩地裂的怒吼！
共计132门 火炮根据事先精密测定的射击诸元，将死亡之雨精准地倾泻在日军头上！刹那间，狭长的山谷变成了炼狱，火光冲天，弹片横飞，日军士兵成片倒下，车辆辎重被炸成碎片，伤亡极其惨重。
日军第4、第8旅团 的16门四一式75毫米山炮 匆忙架设，企图反击，但射程远不及中方野炮，炮弹大多落在山腰，无法威胁中方炮兵阵地，反而暴露了自身位置，招致更猛烈的炮火覆盖，很快被摧毁大半。
炮火准备后，东北保卫军第一军独立第24旅 和警卫第一师第1团 的精锐步兵，从山谷南北两侧的高地迅猛出击，以急行军速度迂回至日军后方，构筑了坚固的阻击阵地，完成了合围！
眼见退路被截，铃木美通和板坂直惊怒交加，困兽犹斗，下令第39联队 和第5联队 向本溪 方向正面突围，企图撕开缺口。然而，守候在正面的警卫第一师主力，以密集的机枪火力和迫击炮，织成了一道死亡火网，日军连续数次冲锋均被击退，尸横遍野。
突围无望，日军陷入混乱。铃木和板坂只得下令向后转进。溃退的日军慌不择路，涌向来时的通道，却踩中了工兵未能完全清除的残留地雷，爆炸声此起彼伏，更加剧了恐慌和伤亡。此时，占据两侧制高点的独立24旅 和警卫1团 官兵，用步枪、轻重机枪、迫击炮向山谷中溃逃的日军猛烈扫射，日军伤亡数字急剧上升。
部分日军试图向两侧山区攀爬逃窜，却又触发了布置在山林中的地雷，死伤惨重。至此，日军第4、第8旅团已完全崩溃，指挥失灵，各自为战。
凤凰城内，第20师团长室兼次中将接到第4、第8旅团的紧急战术指导电，虽对二人的骄横不满，但见死不救的罪名他担待不起。无奈之下，他派出手中唯一完整的机动力量——骑兵第28联队，并请求航空兵支援。8架日军战斗机 飞临战场，企图扫射中方阵地，却遭遇从东塔机场 起飞的警卫军战斗机 拦截。空战爆发，日机被击落4架，余下4架仓皇逃回凤凰城。骑兵第28联队 冲向谷口，试图接应，但在中方密集的机枪、迫击炮火力下，骑兵成了活靶子，损失惨重，联队长见救援无望，只得带着少量残兵败将退回凤凰城。
战至四月四日黄昏，被围的日军第4、第8旅团主力被全歼。此役，毙伤日军13万余人，俘获甚少（日军多顽抗到底或自杀），中方伤亡约1200人。缴获武器堆积如山：三八式步枪6300余支、歪把子轻机枪132挺、三年式重机枪46挺、掷弹筒112具、步兵炮（平射/曲射）14门、四一式山炮6门，以及大量弹药装备。
“凤本大捷”（凤凰城-本溪战役）的捷报，迅速传回奉天总指挥部。李幼邻闻报，欣慰不已。他立即草拟电文，以“东北前线抗日联军总指挥” 名义，向全国通电：
“全国同胞钧鉴：
我东北抗日联军东线部队，于本月三、四两日，在奉天东线本溪至凤凰城之间险要地域，依托预设阵地，诱敌深入，以地雷阵挫敌锋芒，以猛烈炮火覆其主力，以步骑协同断其归路，经一昼夜血战，全歼来犯之日军第8师团第4旅团、第10师团第8旅团主力，计毙伤敌一万三千余众，缴获无算！此役，挫敌锐气，扬我军威，充分证明：日寇虽强，非不可战胜！只要我将士用命，战术得当，必能御敌于国门之外！ 望全国同胞，同心协力，共纾国难！”
通电发出，举国沸腾！这是自“三一七”事变以来，中国军队对日军取得的最大规模的歼灭战胜利，极大地鼓舞了全国军民的抗日信心和士气。李幼邻和东北抗日联军的声望，达到了一个新的高峰。然而，李幼邻深知，歼灭敌先头部队虽可喜，但日军主力未损，更残酷的战斗还在后面。他命令东线部队加紧修复工事，补充弹药，准备迎接日军更加疯狂的反扑。