4月18日，一個陰雨蒙蒙的早晨，四平城被一陣猛烈的炮火轟鳴聲喚醒，迎來了血雨腥風的第一天，杜聿明同時展開了他新1軍的全部兵力，以50師向四平的東南，30師沿鐵路由南向北，新38師由西向東，分三路窮凶極惡地向四平城殺來。
此時，我軍為了在運動中尋機殲敵，主力已全部撤到城外，城內只有保安第1旅第1團和萬毅縱隊的第26團2個團的兵力，由保1旅旅長馬興仁指揮。馬興仁根據情況，以四平城為中心，組織了三道防線：第一道防線，堅守外圍，即由折馬背（四平東南）高地，向西經天主教堂以南6華里一線，再向西經新立屯、前後玻林子、海豐屯，再轉向北沿四平城西郊邊緣到三道林子高地，控制有利地形，迫使敵過早地投入戰鬥，打亂其進攻部署，阻止敵人前進，使我得以爭取時間和奪取戰場上的主動；第二道防線，如果敵人突破第一道防線，我準備在四平城邊沿一帶堅守；第三步，打巷戰，死守四平。
四平街保衛戰，從4月17日開始到5月18日結束，大體經歷了國民黨軍猛烈進攻、國共兩軍對峙、民主聯軍主動撤離三個階段。
第一階段，從4月17日到26日，國民黨軍猖狂進攻。此時，國民黨軍驕橫氣盛，認為民主聯軍不堪一擊，慣用的不過是游擊戰法，絕不會堅守四平。國民黨軍沒有採取常用的攻城方法，只是發動正面攻擊，企圖將民主聯軍守城部隊「轟」走，就可以順利佔領四平。
新1軍進攻四平街的部署和行動是：在左翼，新38師由西向東攻，18日進至老四平。在右翼，第50師進攻四平東南郊，17日進至廟子溝，隨即攻佔半拉山門。在中間一路是新30師，沿鐵路線由南向北攻擊，17日進佔虻牛哨。新38師又在四平以西繞道北進，對四平街形成弧形包圍。民主聯軍守城部隊面臨南、北兩面作戰的形勢。國民黨軍以猛烈炮火轟擊民主聯軍所守衛的陣地，在各處僅有方圓七八十米的小丘陵上，每分鐘均落百發炮彈。國民黨軍在飛機輪番轟炸和坦克的掩護下，發動多次衝鋒，都被民主聯軍守衛戰士用步槍、手榴彈，或用刺刀肉搏，打了下去。
經過10天激烈戰鬥，新1軍3個師向四平街南郊、西郊、東南郊、西北郊各處陣地反覆攻擊，每次攻擊都付出重大傷亡，才能獲取些微進展。新1軍的銳氣喪失，但援兵尚未到達，遂轉為修築工事，固守待援。民主聯軍主力部隊相繼到達四平地區，由東到西組成了百餘里的防線，構築堅固工事，以屏障四平側翼的安全。從此，國共兩軍進入對峙局面。
第二個階段，從4月27日到5月14日。由於國民黨軍官兵疲憊，增兵未到，不能拿出更多兵力保持攻擊力量，在這種情況下，採取了靠攏兵力、構築工事據守的辦法。國共雙方部隊在對峙中，除了冷槍冷炮和頻繁的小接觸外，都難以找到大動作的空隙，因而沒有較大規模的戰鬥。民主聯軍陣地上的工事，經過炮火考驗日漸加固，戰鬥人員也豐富了守備經驗。如果國民黨軍沒有新的增援部隊投入戰鬥，中共部隊依靠在四平城下大量殺傷敵軍，而求得堅守四平是能夠辦得到的。
民主聯軍在四平地區的作戰部隊有：保1旅、萬毅縱隊、1師、2師、3師之7旅8旅10旅、7師的20旅21旅等部。原設想在四平外圍捕捉戰機殲敵一路，但因國民黨新1軍和71軍密集靠攏，未能找到出擊的機會。此外，南滿軍區程世才奉命率領第3縱隊之7旅、8旅到達四平地區，在葉赫與樹林子間南下，準備在東側開闢第二戰場，從外線牽制敵軍。第3縱隊活動在昌圖與開原之間時，曾攻克馬千總台車站，但由於國民黨軍第195師北上，開闢第二戰場的設想也未能實現。
在對峙階段里，民主聯軍為加強四平市區防禦力量，於4月29日將7師之67團配屬四平市內作預備隊，又調359旅和7師炮兵旅從長春地區南下，將炮兵旅第2團增援到四平市內。在國民黨軍以為共軍不可能有火炮的情況下，炮兵突然轟擊了國民黨陣地，不僅給敵軍造成很大殺傷，也造成相當的震動。
從整個東北戰場看，由於南線本溪方面作戰，拖住了國民黨軍不能北援，四平地區的民主聯軍才能堅持這樣長的時間。但是到5月初，南線發生了不利變化，民主聯軍部隊主動撤離本溪，這就意味著國民黨軍即將集中全力壓到四平街方面。
第三階段，從5月15日到18日，民主聯軍部隊主動撤離四平街。當本溪方面戰鬥告一段落後，國民黨軍立即將主力部隊集中四平作戰，第195師已經北上，又調來新6軍第14師、新22師，第71軍第88師，加原來新1軍之3個師（新30師、新38師、第50師）和71軍之2個師（第87師、第91師），共計9個師兵力投入使用於四平街地區。如果再把擔任護路任務的第60軍第182師也計算在內，總兵力為10個師。
此時，民主聯軍方面已經估計到，國民黨軍大的攻勢即將來臨。自己部隊的情況是：南滿第3縱隊2個旅活動在昌圖以東地區，僅有359旅和3師10旅可以作為機動力量，其餘部隊均在四平前線與敵軍對峙。在這種局勢下，很難做出吃掉敵軍一兩個師的動作。
5月13日，國民黨軍東北保安副司令長官鄭洞國下令向四平街全面進攻。兵分三路：右路是，廖耀湘率領的新6軍第14師、新22師附第88師，由開原向西豐、葉赫進攻；中路是，孫立人率領的新1軍之3個師，向四平街近郊進攻；左路是，陳明仁率領的71軍之2個師，向四平以西八面城進攻；第195師作為預備隊。
5月15日，保衛四平街最激烈的戰鬥開始。民主聯軍各處陣地上，炮火震天，硝煙遮日，短兵相接，白刃格鬥，殺聲直衝霄漢，英勇擊退敵軍多次衝鋒。17日，331高地遭受國民黨軍幾路坦克攻擊，工事被摧毀，火器被炸壞、掩埋而無法支持。
隨即，四平郊外具有決定作用的制高點塔子山被國民黨軍佔領。塔子山的得失關係著四平全局的安危，塔子山失守，國民黨軍可以從左側後迂迴封閉守城部隊的退路。為了擺脫被動的不利地位，保存有生力量待機殲敵，林彪找彭真、羅榮桓磋商，決定撤離四平，也不堅守長春，並報告中央備案。民主聯軍於5月18日夜，全線撤退轉移。
民主聯軍撤離四平之後，國民黨軍面對四平空城，進行陣陣射擊，直到19日下午才敢進入市內。