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第二，山海關城西之大石河，為屏障關城的天然障礙，第一線防禦部隊須充分運用之。
第三，山海關城北部山地的石門寨、九門口是扼守山海關的關鍵，而角山又是防守山海關陣地的支撐點，因此，全旅防禦的重點是石門寨、角山、九門口一線。“
根據旅的統一部署，第四十六、四十七、六十四團分別將部隊配置在南起山海關城，北至九門口，西達石門寨的三角地域內，憑藉互為犄角之勢阻止國民黨軍進入東北。
這場保衛山海關的戰鬥首先在龍水文率領的四十六團防禦陣地打響。
10月25日，先期抵達秦皇島的國民黨軍隊，在美軍的配合下，以一個團的兵力向山海關撲來。
走在前面的，是一輛美式吉普車，上面坐著兩個美國軍人和三個國民黨官兵。吉普軍開至四十六團防禦前沿50餘米處停下，車上的國民黨軍官向我方陣地喊話，聲稱奉命進城同八路軍談判，聯絡接收山海關事宜。負責前沿指揮的八路軍營長宋春垠向對方說：駐防此地的是中國共產黨領導的東北人民自治軍，東北已經被人民自治軍解放，我們負責守衛山海關，請你方迅速撤離……宋春垠的話還未說完，國民黨軍便發起進攻。國共在關外的戰爭由此拉開了序幕。
當日，國民黨軍在飛機和炮火掩護下，向四十六團防禦的首山、角山至
二郎廟陣地發動了輪番攻擊。26日雙方又激戰了5 個多小時，結果，國民黨軍傷亡300 多人，退回秦皇島。
從10月25日到11月3 日，是山海關保衛戰的第一階段。此時國民黨軍主力部隊還未到達，但我方已付出了沉重代價，犧牲營長以下官兵400 多人。
11月2 日晚，山東軍區第七師師長楊國夫率部抵達山海關。第七師下轄第十九、二十、二十二三個團，共7000餘人。 10 月中旬。第七師收到火速增援山海關的電報。於是，部隊星夜兼程，由承德繞道九門口，迂迴抵達山海關。幾天後東北人民自治軍總部任命楊國夫任山海關守軍總指揮，張鶴鳴任副總指揮。
10月30日至11月1 日，國民黨第十三軍由九龍抵達秦皇島，接踵而來的是從越南運抵的第五十二軍。第十三軍是國民黨裝備最好的部隊，五十二軍也算半美械裝備。11月6 日這兩支部隊已推進到山海關以西的沙河，同東北人民自治軍呈對峙態勢。8 日杜聿明在他的專列上召開作戰會議。會上，十三軍軍長石覺謊稱共軍火力強大，建議重新考慮是否攻打山海關。杜聿明親上前線瞭解情況，遂令石覺部立即發起攻擊。
國民黨第十三軍第八十九師在飛機和大炮掩護下一度佔領二郎廟和角山，但傷亡慘重。杜聿明見正面進攻屢屢受挫，又命：十三軍正面主攻，加強攻擊力度，同時五十二軍之二十五師從山海關北部山地經義院口、城子峪出長城，佔領山海關東面的前所，切斷山海關防禦部隊的退路。
15日張鶴鳴得知國民黨軍已偷越城子峪關口到達大毛山，正向山海關側後迂迴。防守九門口的七師第二十團也打來電話說：九門口關隘的東北側發現國民黨軍的主力部隊在活動。守衛山海關的第七師（張鶴鳴部已編入七師）
召開了緊急會議。師長楊國夫知道，此時再堅持下去怕就走不了了。於是命令：“由於敵人已經迂迴到我後方，堅守山海關已經失去了意義。部隊應逐次撤退，脫離山海關戰場。以後上級追查擅自撤退的責任，由我負責。”
16日天亮時，國民黨軍再次發動猛烈進攻。這時第七師的各路人馬正逐次向山海關以東的綏中方向退去。
山海關保衛戰，是抗日戰爭勝利後國共兩黨在東北大門口的首次交鋒。
冀熱遼軍區十九旅和山東軍區第七師的部隊，在力量懸殊、時間倉促、建制及指揮混亂的情況下，堅守山海關達20余天，遲滯了國民黨軍向關外進軍的速度，掩護了中共進軍東北的戰略行動和東北人民自治軍的戰略展開。
山海關防禦戰失利後，楊國夫與張鶴鳴率領著疲憊的部隊，沿綏中、興城方向撤退。
杜聿明則傳下命令，蕩平東北“匪”患，直指瀋陽。石覺亦壯起膽色，緊緊咬住我軍，銜尾追擊。
東北人民自治軍此時處於混亂之中。林彪是10月中旬到瀋陽的，身邊既無部隊，也無全套的指揮機構。彭真是10月18日到的瀋陽，但大量政務使他不可能分心軍事工作。羅榮桓11月13日才輾轉抵達瀋陽。羅榮桓帶來了山