又是數天的戰鬥下來，日軍不變的還是節節攀升的傷亡人數，但是獲得戰果之少讓武藤信義極為不滿。「司令長官閣下！目前戰局僵持不下，倘若我軍能夠包抄張學良的後路，切斷東北軍彈藥、糧食補給線，那麼張學良部必將軍心不穩而戰鬥意志大減，那我軍方能徹底攻佔遼陽。」會議上，第8師團師團長渡邊淀太郎建議道。
急於打破這種僵持場面的武藤信義立刻同意了渡邊淀太郎關於「旁路出擊攻佔遼陽側翼重鎮萬家屯」的計畫。
距離遼陽以西20公里的萬家屯本來是第8師團這群從日本弘前地區征來的日本兵八輩子也不知道的一個東北小鎮，但是因為它扼守著通往遼陽後方的交通要道，所以第8師團上下將兵都知道了必須要把這個地方踩在腳下。
守衛此地的為原先向張學良投降的張宗昌的魯軍為主體的東北軍第109師，共5個團約17000餘人。但是前日遼陽戰事吃緊，張學良看萬家屯一直是風平浪靜便將張宗昌手下的兩個主力團調去參加守城，此時張宗昌手下僅僅三個團和一些文書警衛。11月14日拂曉，當張宗昌還在忙著恢複和十九姨太親熱耗損的元氣之時被日軍一頓炮轟驚醒，第8師團集合步兵騎兵萬餘人，大炮30多門，坦克10多輛，飛機4架向鎮內109師守軍發動猛攻，誓要一舉將其拿下。
明白小鬼子已經來了的張宗昌連忙從被窩裡面跳起帶著警衛排上陣指揮作戰，109師大多是隨著張宗昌打內戰多年的老兵，加上換裝新式裝備，一個個槍法狠打仗刁，依託這段充分足夠的休整時間內修築的堅固工事硬是在三倍之敵進攻下穩穩守住至天晚。
15日，第8師團參謀長武田真一郎少將下令部隊三路包抄進攻萬家屯，人數處於劣勢的109師漸漸受不了節節收縮，心焦不已的張宗昌帶著警衛排四處督戰鼓舞士氣。這時一夥日軍從鎮西一處枯草中竄進來，張宗昌帶著警衛排連忙彈壓上去，一頓29式火箭炮狂轟，鎮外大片的雜草全被引燃，躲在裡面的日軍被燒的焦頭爛額。
第109師拼戰至15日中午，此時萬家屯情況就像丟進水裡的破鐵球一樣四處漏水，張宗昌總算被打的受不了打電話給張學良：「少帥！萬家屯鬼子越來越多了！我109師堅持不住了，再沒有支援頂多撐到天黑了！請少帥看在老張我打鬼子也不含糊的份上救我一點部下活下去，好歹給當年魯軍留點種子，我也感激少帥的大恩大德。」張宗昌是個粗人，求救的話也說的硬邦邦的，但是卻更加有了股悲涼的氣息。
「如果說遼陽是瀋陽的南大門的話，那麼萬家屯和小屯鎮便是兩扇窗戶。」得知日軍第8師團迂迴進攻方家屯的消息後于學忠指點著地圖上遼陽兩側的兩個毫不起眼小鎮子向張學良道，「三點若失一點，那我們的防線就完了。少帥，必須要救張宗昌！」
本來張學良對張宗昌也不是很放心，原本他手下的近五萬魯軍被拆掉了一大半隻留下一萬多還在他手裡，為了防止他再不安分張學良還把他安排進軍校好好學習學習了一段時間，109師彈藥補給也給的只有其他部隊的六七成（這也是109師為什麼在萬家屯堅持的時間不是很長的其中一個原因）。但是目前的局勢已經迫使自己不得不要收起對張宗昌的提防和輕視之心了。張學良立刻從102師抽調了一個加強團還配置了一個炮兵營，順便還把一直閑置在後方的吳松林獨立第5騎兵旅派了出去急如星火增援張宗昌。
此時萬家屯情況已經極為不妙，張宗昌所部被日軍分割為兩部，張宗昌派了一個警衛排把自己帶到萬家屯的四五個姨太和一堆金銀細軟護送往北去往瀋陽。解決了後顧之憂的張宗昌帶著不足一千人被數倍於日軍擠壓到屯子中心，而所部另外的三千多人則被日軍牢牢阻擊在了屯子外圍，兩部相隔不到五百米但是就是被日軍死死分隔不能互相支援。而日軍已經從張宗昌身上的中將服知道他是一條大魚，只要抓到他或者擊斃掉，那麼這裡抵抗的東北軍都會不佔自潰。日軍數輛坦克輪番擠壓張宗昌，只把張宗昌逼迫在了屯子一隅一顆子彈都可以打穿的小角落裡面。
眼看日軍已經開始逼上來，張宗昌火急再次致電張學良：「少帥！援兵究竟到了沒有？」
張學良從電話那頭聽見劈劈啪啪密集的子彈聲知道張宗昌已經到了山窮水盡走投無路的時刻了，這個平時自己一向不大看得上眼的舊軍閥居然也如此捨生忘死勇猛地和日軍血戰，張學良頓時一股敬意和歉疚湧上心頭，連忙好聲安慰道：「張師長！堅持住！在堅持一個小時援軍就到了！」
電話那頭竟然是一陣沉默，過一小半會，張宗昌緩緩道：「少帥！恐怕來不及了！老張今天要做岳飛精忠報國啦！」說完便掛掉了電話，張學良抓著沒有了聲音的聽筒，一時間眼圈濕了。
掛斷電話的張宗昌轉過身面對著身邊緊緊跟隨自己的山東子弟兵，大吼道：「弟兄們！老張我以前帶著你們打來打去全是咱中國人自己窩裡斗，老百姓都看不起咱們！現在我們是在打日本鬼子，要拚命呀！弟兄們！我們雖然人在東北，可是我們根在山東！誰也不許貪生怕死，不要給咱們山東的父老鄉親丟臉啊！」
下面的八百多山東籍109師官兵們一起山呼海嘯般大吼：「生在山東，死在東北！生在山東，死在東北！」
紅了眼的109師官兵們在張宗昌身先士卒下高喊著口號猛衝向數倍於己的日軍，一下子打了個日軍措手不及，109官兵們背靠背向著四面八方衝來的日軍猛烈開火，輕機槍都誇在脖子上充當衝鋒槍，身後的官兵們則把輪番手榴彈雨點般投向日軍，前面士兵中彈後倒下後面的官兵接著拿起衝鋒槍繼續掃射日軍，整個109師如一頭受傷的狼瘋狂撕咬著撲上來的日軍，人數占絕對優勢的日軍反而被打的心驚膽戰。最後子彈打光了的300多名109師官兵們端著明晃晃的刺刀繼續衝殺向日軍，雙方絞殺在了一起。讓日軍心頭髮毛的就是這些東北軍們都已經陷入了瘋狂狀態，出手兇狠果斷，一出刺刀便是往死里地痛下殺手，很少使用格擋等迴避招數，招招都是要和對方同歸於盡的架勢。腥血飛揚的肉搏戰中，日軍一個接一個被刺倒在地，而109官兵也一個一個倒地。但是受重傷而沒有死的109官兵則繼續拚命站起來，有的官兵肚子被劃破開青紫色的腸子都流了出來還兇狠地將手中的刺刀捅向日軍，有的官兵倒地了繼續用手中的刺刀猛刺周圍日軍的腿腳——這一幕幕這看的渡邊淀太郎中將心驚肉跳。大半個小時後，張宗昌身邊的官兵已經全部倒下了，滿身血污軍服破爛的他坐在一土坡上喘著粗氣，身上七八處刺刀傷口正在不停地流血，也同時慢慢流走了他的力氣和意識。
眼見對方被圍困住的是個東北軍中將，渡邊師團長大喜，連忙下令活捉。要知道這次會戰東北軍已經炸死了皇軍一個中將師團長，這是皇軍上下之恥辱，目前武藤信義還壓著消息不敢上報。要是皇軍能活捉一個東北軍中將，那就能大大挽回面子了。
張宗昌費著最後的力氣將手中的軍官配槍打開保險頂上火向圍聚而來的日軍射擊，此時他由於失血過多雙目已經開始模糊了，沒有打中一個日軍。每打一發子彈，張宗昌都在心裡數著——「一發、兩發、三發……」當到射出第七發子彈的時候，「該給我自己了。」張宗昌將手槍對準太陽穴，嘆口氣，扣動扳機射出了最後一發子彈。
就在渡邊中將對著張宗昌屍體發獃的時候，一串炮彈飛到密集的「正在觀看東北軍中將屍體熱鬧」的日軍頭上，剛剛趕到的102師第507加強團的炮兵營猛烈向日軍開炮，同時被炸的亂作一團的日軍只覺得地皮不停震動——東北軍獨立第5騎兵旅八千騎兵滾滾殺到，臉色慘白的渡邊淀太郎中將不顧身份失聲喊道：「撤退！快撤退！」激戰數日疲憊不堪且毫無警惕的第8師團三個步兵聯隊此時哪裡經得起蓄勢待發兵強馬壯的東北軍騎兵旅的猛攻。殺聲震天塵土滾滾中東北軍騎兵們縱馬在潰散的日軍群中縱橫馳騁，萬馬奔騰的騎兵旅如鋼鐵洪流般沖入日軍群中，雪亮的馬刀飛舞下一顆顆日軍頭顱騰空而起，一股股污血四處飛濺，直殺的一直抱怨沒有上陣表現機會的東北軍騎兵們大呼痛快過癮。滿臉濺滿日軍血污而顯得猙獰可怖的東北軍騎兵們在狂奔中盡情屠殺著兔子般滿山逃竄的日軍，近處的直接用馬刀一刀解決，遠處的則一通手榴彈或者一梭梭子彈伺候。而507團和被解救出來的109師殘部也紛紛痛打起了落水狗一起殺向日軍，用手中的馬刀、步槍、手榴彈毫不吝嗇向大大小小的日軍將兵們傳送著死亡和恐懼。官兵們「驚喜」地發現一貫兇狠強橫的「皇軍」居然也有如此「軟弱可欺」的時候，儘管已經精疲力竭的日軍還在徒勞無功地掙扎，但是只要一迎上東北軍騎兵們的馬刀立刻魂飛魄散，攻擊也土崩瓦解——日本官兵相信死亡只是新一番輪迴的開始，但是如果是被砍掉頭顱而死，那麼魂魄就會永遠漂泊在異國他鄉不得回故鄉，這也是日軍為什麼極度害怕被騎兵斬首的原因。志得意滿的東北軍騎兵