炮的猛烈轰炸和坦克配合下终于突破了晋豫支队的阻击。但是在行进到赵县一段狭窄道路时，坦克被五旅的火箭兵击毁。部队也遭到了五旅一团一营的顽强阻击，部队一时无法向衡水增援。
保定日军在行进到深州市马栏井一带时，遭到早已经埋伏于此的冀东独立旅一团的猛烈袭击。
保定方向的日军出动了航空兵，对冀东独立旅的一团猛烈轰炸。但是很快遭到一军飞机的驱逐攻击，败退了回去。
保定的日军援军也遭到了一军飞机的猛烈轰炸。
保定的日军援军在一军飞机的空中轰炸，扫射和冀东独立旅一团的猛烈进攻上伤亡惨重，退回保定，增援失败。
一军的轰一轰炸机和华夏二战斗机随后对石家庄日军援军，日军第36师团第一大队第三大队和第九大队进行了猛烈轰炸。令这些回援的日军部队自顾不暇，根本没有办法增援衡水的日军守军。
而这时衡水日军兵力都布置在西面，北面和南面阻击冀东独立旅的进攻。衡水东面仅留下戴玉波的保安队防守。
土匪出身的保安队在冀东独立旅二团的炮火猛烈轰击下抱头鼠窜。
二团很快攻入衡水东门，并开始向纵深挺进。
很快，衡水市北门和南门的日军守军在城外部队与城内二团的两面夹击下败退了下来，边阻击边向西门撤退。
西门的冀东独立旅佯装不敌后撤，放开一段口子。在衡水市的日军守军撤出衡水城后，突然与冲出城的二团对其包抄。
逃出衡水城的日军守军没有城墙的坚固防线掩护，遭到冀东独立旅二团和三团一个营的猛烈攻击，其中，悉数被歼灭在衡水城西门外。
一个多小时后，衡水城的日伪军残敌被二团全部清扫干净，衡水市被收复。
至此，日军的三面援军还没能到达衡水城下。