事實證明，中國人的計策大獲成功。☆精彩東方文學☆☆幾十架“零”式戰斗機起飛截擊，三架“快刀”轟炸機被成功溜進戰場的日本戰斗機擊傷，但是參戰日機卻差不多都變成了西伯利亞草原上的一堆堆殘骸。但“強大”的日本宣傳機構卻再次“重創”了中國空軍，日方的報道稱33架中國戰斗機和12架“快刀”轟炸機被擊落，卻只字不提本方的慘重損失。看到日軍基本喪失了防空能力，其地面部隊的士氣也低到極點，鐘離衛決定扣下對西伯利亞駐屯軍執行死刑的扳機。11月22日一早，大批東北軍戰機蜂擁而出，直奔早已經由偵察機踩好的點：因為后方補給線被炸得時斷時續，日軍不得不在前線建立若干臨時彈藥和油料補給點。這批后方日軍冒死送來的寶貴物資在這天早上全都淪為了西伯利亞草原上絢爛的“焰火”。
地面上的東北軍則以裝甲部隊作為矛頭，輕而易舉的擊穿了日軍的防線。滾滾向前的鋼鐵洪流勢不可擋，所到之處的一切日軍都化為了灰燼。日本陸軍航空兵的戰斗機部隊這時候已經是非死即傷，孤零零的輕爆和幾架重爆在機場殘兵們的目送下踏上最后的決死航程，此情此景仿佛是數年后“神風”出擊的預演。而這批輕爆隊的下場也和“神風”類似，絕大多數年輕的飛行員沒能沖過東北軍空地聯合支起的彈幕，極個別的戰機使用了和地上日軍相同的“肉彈”戰術——撞擊東北軍裝甲部隊，可惜只是螳臂當車，根本不能抵擋卷著日軍血肉前進的滾滾鐵流。
在11月22日徹底的“清掃”之后，接下來的幾天留給中國空軍飛行員們的絕大多數是一些偵查任務，偶爾出現的轟炸任務成了各部隊之間的“搶手貨”，好不容易出現的目標被偵查的東北軍戰機順手收拾掉之后，興沖沖趕到的攻擊部隊不得不邊罵娘邊空手而回的情況成了家常便飯。到后來中國空軍干脆偷偷溜到日本腹地“開葷”，當然這種嚴重不符合“據說”極為呆板的東北軍教條的“自發”行為都是在上級領導默許甚至是教唆下發動的。11月24日，就有39架“快刀”轟炸機就在大批戰斗機的護航下，“恰巧迷航”到蘇克哈拉山附近，將兩列日本火車和一大段鐵軌炸成一片廢墟。
此時的桑葉河戰場已經沒有“戰線”的概念，只剩下了大批日軍被東北軍重兵集團包圍在散落各處的堅固支撐點中，負隅頑抗。憑著天生的獸性和求生被圍日軍一次次發動毫無勝算的突圍，面對東北軍的坦克海、飛機海和炮海，日軍這種行為與其說是突圍，不如說是自殺。雖然日本陸軍航空兵這時候也差不多要淹死的在空中中國戰機的海洋中，但日軍戰機還是每天冒死起飛，試圖去為地面日軍提供一點幫助和希望。
駐東西伯利亞的日本陸軍航空兵此時已經精銳喪盡，對前線戰況徹底失望的日本陸軍航空兵高層拒絕向桑葉河派出新銳戰機和補充部隊。東西伯利亞地區的日本陸軍航空兵不得不搜羅一切可以飛的東西，將它們推向戰場，這種兩代戰斗機之間的對戰，結果不言自明，這些日本飛機被大隊“饑腸轆轆”的中國空軍戰機圍追堵截最終被打成一團火球的情景迅速成為桑葉河上空的著名景觀。
看著機場上的殘骸，看著編制表上一個個被劃去的名字，難以忍受的巨大損失徹底壓垮了駐東西伯利亞日本陸軍航空兵。11月底，日本陸軍航空兵本部收到駐東西伯利亞日本陸軍航空兵的兵力報告，稱他們還有160架左右可以稱為“飛機”的東西，其中絕大多數不能立刻升空迎敵。鐘離衛得知這個消息后一臉的冷笑，這位將軍的脾氣火爆，泛起壞水來也相當可怕，越來越多的日本戰機成為草原上的一灘破爛。
月31日，鐘離衛正式向北京報告，所有越過中西伯利亞國境線的日本部隊已經全部被消滅。在后期對日軍堅固支撐點的攻擊中，中國東北軍蒙受了本不應當承受的巨大損失，困獸猶斗的日本人的兇狠頑強超過了中國東北軍高層將領們的想象，而北京的“限期全殲”命令迫使鐘離衛作出的強攻的決定。
當明白除非投降，否則再無生還希望之后的日本軍隊竟然從被圍初期的驚恐中沉靜了下來，他們變成了一群手拿武器的僵尸大軍，再沒有一絲恐懼、憐憫或者其他正常人所應該有的感情。面對這樣一群相信“以不死之心戰者生（死なんと戦えば生き，上杉謙信最有名的話之一，抄自《吳子》）”的怪物，天上的戰機、怒吼的火炮乃至奔橫沖直撞的鋼鐵巨獸都失去力量，唯有用東北軍士兵的血肉變成巨大的磨盤，去一點點磨掉日軍的意志和生命。
面對巨大的傷亡，鐘離衛沒有宜將剩勇追窮寇，而是將本可以滾滾向前沖過邊境的鋼鐵洪流硬生生釘在了桑葉河戰役開始前的實際分界線上。他之所以這么做，是因是遠在千里之外的中國另一側邊界上發生了新的變化。隨著土耳其的淪陷，蘇軍已經開始大量的東調，這時候的中國民眾還不知道真正的戰爭就要到來，但北京卻清醒的意識到，土耳其的迅速淪亡將使蘇聯和中國的決戰很快爆發，濃重的戰爭的陰云正在中國的西部邊疆上空聚集。在這種山雨欲來風滿樓的情況下，北京需要獲取哪怕只是片刻的寧靜。
雖然戰場上的喧囂日漸平靜，另一條戰線上的宣傳戰卻剛剛開始。日本方面面對一個世人皆知的滿盤皆輸的結局，竟然恬不知恥的宣布共擊落2260架中國飛機，中國官方口中的中國空軍戰績則差得多，他們認為自己共消滅了1246架日本戰機。當然，這不過是五十步笑百步的大話競賽而已，如果雙方吹出的牛皮都是真的，那么中國和日本雙方在正常桑葉河戰役中投入的空軍力量都是不夠被對方擊落的。雙方公布的損失則都打了不少折扣，中國方面宣布從1942年7月到11月共有251架戰機墜毀或失蹤，而日本方面則只承認162架戰機損失。
桑葉河的空中作戰對中國和日本空軍在二戰前期的發展和表現都影響巨大。為了應付靈活的中國戰機，日本在前期研制裝備的戰機在機動性方面都極為出色，其航程也令美英等國極為驚訝。但是由于東北軍后來參戰的新式戰機的火力空前強大，日本方面及時發現本方戰機在防御力和機體強度方面的問題，重新走上了正軌。而日本陸軍航空兵在戰爭初期成功的對地支援，使得日軍積累了足夠的近距離空中支援方面的經驗，對這些經驗的吸收消化使得日本的輕爆和重爆部隊戰斗力在后來有了極大的提升，令戰場上的盟軍部隊吃盡了苦頭。中國則看到了高速轟炸機的卓越表現，更堅定了“轟炸致勝”的看法，以至于后來出現了將日本本土炸成火海的“空中艦隊”。
此外，由于中國和日本都將航空工業參考系選成了技術水平相對落后的對手，因為對自身的發展水平都產生了一定的錯誤的認識，當日本在太平洋面對研發能力異常強大的美國人時，當中國在東線碰上技術先進，在德國人的幫助下技戰術水平都達到巔峰的蘇聯人時，這兩個亞洲大國都注定要陷入新的浴血奮戰。
桑葉河空戰的最大意義就在于，天空被鮮血染紅的恐怖景象對于中日雙方來講都已經習以為常，而這才是老兵們最可怕的地方，他們不害怕死亡，卻害怕被遺忘。
面對多次進攻的慘敗，西伯利亞駐屯軍并不服氣，戰爭賭注，越下越大，投入戰場的兵力和裝備也越來越多。‘
為了彌補戰場兵力的不足，西伯利亞駐屯軍司令部松原中將又調來第1守備旅團級，東西伯利亞區步兵第14旅團、騎兵第3旅團。石原混成旅團等部隊，使桑葉河前線松原中將指揮的各軍兵種兵力達到了18萬人。
為了彌補火力的不足，西伯利亞駐屯軍司令部從東西伯利亞內地調來了野戰重炮第5聯隊野戰重炮第7聯隊，重炮聯隊聲旅順重炮兵第3旅團。加上已有的各種炮兵部隊，桑葉河前線日軍已有重炮、野炮重迫擊炮、各式山炮速射炮、高射炮共計1238門。
為了彌被反坦克武器的不足，桑葉河前線所有日軍步兵中隊中，都組織了“肉彈攻擊班”，也就是用人抱著撲向坦克。與坦克同歸于盡。因為日軍坦克從數量、質量上都不如東北軍，坦克不足“肉彈”彌補，是西伯利亞駐屯軍在戰場上的一大發明，坦克畢竟造價昂貴，而“肉彈”來得便宜，又能體現所謂的“武士道”精神。
在兵力、裝備準備完全后，日軍制訂了以炮戰為主，而后步兵從兩翼進攻的總攻方案。
1942年11月27日，天氣晴朗，紅日初升，日軍70多里的戰線上軍旗招展，各個聯隊遙遙相望，等待著總攻的命令。
午前6時，日軍轟炸機和戰斗機58架，首先飛臨桑葉河上空，對兩岸東北軍陣地輪番轟炸掃射。同時，在日軍重炮陣地上空升起了數個灰色長圓形的觀測氣球，每個氣球下邊的吊籃里，3名炮兵觀測軍官操縱著炮隊鏡在尋找著西岸臺地上東北軍重炮陣地。
6時30分，日軍首先以野炮群發炮，引誘東北軍重炮還擊，以便目標發現后，再針對過去觀測的目標進行修正，然后以重炮給東北軍炮兵以毀滅性轟擊。
第二炮群的野炮，集團轟擊了一個時，東北軍炮兵是否入了圈套，炮兵指揮官們還看不出來。到了7時30分，又引誘轟擊了30分鐘，西岸上炮兵陣地仍無反應。內山少將等得有些不耐煩，命令兩個炮群在8時，作全效率攻擊射擊，并建議松原中將命令步兵于午前10時整發動進攻。10時師團長的出擊令傳達到了各聯隊以至各個大隊。
8時整，日軍全部大炮一齊射擊，重炮聯隊的口徑160毫米長60厘米的彈頭，從步兵后方十幾公里的陣地上飛向桑葉河西岸，吼聲如雷，地動山搖，震撼著草原大地。各師團的山炮、迫擊炮、步兵炮也同時助射發威。從開戰到現在，日軍從來沒有動用過這樣大規模的炮兵，在日本陸軍戰史上，這也是空前的第一次。內山少將能同時指揮著338門野戰重炮和472門野炮進行齊頭并射，其心情的興奮是可想而知。日軍炮兵陣地上熱火朝天，人馬繁忙，陣地上的炮彈殼堆積如山，滾動著的灼熱的彈殼，黃閃锃亮，摸來燙手。炮手們滿身是汗，大聲喊叫著將炮彈推進彈膛內。桑葉河西岸臺地上，一處連一處升起了黑煙，西岸斜坡上的汽車和裝甲車，成群的往臺地后坡駛去，亂轟轟的一片。從觀測氣球傳來消息，東北軍炮兵至目前最少被消滅了10處主要陣地；東北軍大炮正用牽引車拖著在變換陣地；很多炮兵中隊的炮兵被打成啞巴，不能回擊。總之，效果顯著。
內山少將命令：炮火延伸射擊，炮擊延長一時，也就是說步兵在11時發起沖鋒。
午前10時；東北軍的數架“披毛犀”重型戰斗機低空飛行，在離地面僅數米沿著沙丘起伏棱線，直奔日軍的各個觀測氣球沖去。一通機槍掃射，一個個氣球在“嘭嘭”的聲聲爆炸中，如同一只只碩大的火球，附向草原，大片的碎片冒著煙火在空中飛舞。吊籃上的日本觀測軍官早被機槍打死，隨著觀測氣球爆炸后，日本炮兵頓時變成了瞎子，停止了射擊，好長時間后才在地面觀察哨的間接觀測計算中，重新噴吐著炮火。炮群整整射擊了一天。
成千上萬噸的鋼鐵傾瀉在西岸臺地東北軍炮兵陣地上了。彈藥上的一次消耗在日軍戰史上是驚人的。可是，東北軍的炮兵并沒有明顯的削弱，中午過后，東北軍大炮在轉移到新的放列陣地后，開始反擊。炮彈如同傾盆大雨，而且越打越猛，使得內山少將無比驚訝，納悶東北軍怎么有這么多的大炮，難道日軍炮擊并沒有獲得預期效果從一天中的炮戰判斷，東北軍大炮每門發射量，最少也有四五個基數，可以推斷東北軍彈藥儲備相當充分，而且火炮性能良好。
這一天，日軍第2飛行軍團輕、重轟炸機，每6架一組，約120架飛臨桑葉河上空，東北軍地面上的6個高射炮團的l00余門高射炮奮起迎戰，熾密的高射炮彈飛向高空，散發著千萬朵白色的彈花。100余架中國飛機也迎面飛來，雙方飛機在桑葉河上空穿梭般地戰斗著，日軍第2飛行軍團的飛機被擊落34架，狼狽逃走。
在當天炮擊前，日軍各步兵大隊已接到在午前10整全體出擊的命令。后來內山少將臨時決定炮擊延長一時，步兵出擊改在11時，由于雙方炮戰激烈，陣地上到處落著炮彈，各聯隊與各大隊的通訊時斷時續，電話線被炸成碎段。為了修復，成班的電話兵被炸死，有的大隊從炮擊一開始就與聯隊失掉聯系。因此，延長一時出擊的命令，一些步兵大隊和中隊并不知道。
10時整，也就是雙方炮戰白熱化時，最前沿的幾支日軍主攻部隊躍出了戰壕，喊著“萬歲！”向岸邊東北軍陣地沖鋒。這樣一來，沖鋒的步兵不單受對到面東北軍的炮火和機槍的轟擊掃射，而且也遭到自己后方飛來的野炮炮彈的轟炸。步兵第72聯隊第5大隊就是10時整在彈片紛飛如雨的情況下冒死沖鋒的。10時30分日軍沖上東北軍的陣地時，全大隊1000人只剩下100多人。東北軍是退下去了。第l大隊占領了陣地，但是卻遭到自己后方炮群的集中轟擊，幾乎全隊毀滅，酒井聯隊長捶胸頓足，痛哭自己聯隊的無謂損失。又咬牙切齒地大罵炮兵少將內山，發誓要將內山送交軍法會審判。內山少將萬沒想到他在炮擊中的臨時動議延長一時，會給步兵造成這么大的損失。但是，身為總攻的前線指揮官松原道太郎又何嘗考慮到炮轟中通訊可能被切斷，而不能在已經開始了的行動中又臨時更改已下達的命令。有經驗的指揮官是不會同意內山少將的延長一時炮擊的決定的。所以，責任主要在松原中將。