日本海军则彻底震惊了。但很快，日本陆军也彻底震惊了。
一波未平，一波又起。对于东北军民和全国民众来说，东北战场可谓捷报成双。1月18日，东北军总司令部正式宣布：进攻沈阳的日军第2师团和第6师团被东北军全歼，这两个号称日本陆军两大王牌劲旅的甲等精锐师团从此烟消云散、不复存在。
第2师团和第6师团在1933年12月30日正式对沈阳发动进攻，到1934年1月18日全军覆没，沈阳战役持续20天。日军先进攻、再进攻、继而陷入僵持血战、接着被东北军全面反击，直到最后彻底被东北军全歼。1月8日这天，日军一次大规模的突围作战以失败告终，被赶回城区巷战，继而被兵力占优势的东北军步步蚕食。最后阶段的战斗已经没有什么悬念，持续十天的激烈巷战，日军最后被彻底消灭。弹尽粮绝且自知必死的日军在沈阳城内进行了疯狂的最后抵抗，使得东北军不得不用手榴弹和炮弹逐个逐个地轰平被日军盘踞的城区，付出极大的代价后才彻底消灭了残余的日军。
“日军到最后已经没有子弹了，完全是用刺刀在跟我们作战。日军的抵抗其实连狗急跳墙都算不上，因为他们知道他们插翅难飞、必死无疑，所以他们完全是在一种精神错乱的情况下进行抵抗的，他们的目的不是为了突围，而是为了在临死前给我们造成更大的杀伤。日军向我们发动自杀性进攻是我们最欢迎的一件事，因为看到犹如粪水般涌过来的日军，我们的弟兄们只要集中机枪和迫击炮猛烈扫射炮击就可以了，反正我们有的是子弹和炮弹。震耳欲聋的扫射声和炮击声中，冲过来的日军就像退潮的浪花般齐刷刷不断地倒下去，身上被打得稀烂，地上血流成河，迫击炮弹飞过去，一圈又一圈的日军就那样四分五裂地飞上天，或者变成地上的一摊摊碎肉。我们很欢迎日军这种送死性的进攻，只要保持开火就可以了。很多弟兄都开火开得手抽筋，肌肉累得酸疼肿胀，机枪烧红了就用旁边的积雪进行冷却，方便又快捷。日军知道我们的火力占绝对优势，因此频频在夜间用夜袭和白刃战的方式攻击我们，在这一点上，西北军的弟兄们表现非常出色，用白刃战对付日军的白刃战，那种数百人甚至上千人挥舞刺刀疯狂展开厮杀的场面是非常震撼的，最后双方的死伤基本是一比一，也就是说，杀死一千日军，我们自身也要付出一千弟兄的伤亡代价。胜利，完全是用人命填出来的啊！”沈阳东北军第13大队大队长喻诗航接受记者采访时这样如是说。
“日军到最后已经发了疯，一个个就像老鼠一样都躲进民房里顽抗，我们的弟兄们不得不用手榴弹挨个挨个地炸毁一栋栋民房，遇到日军人数比较多和比较集中的城区，就呼叫炮兵部队直接炮火覆盖。这样杀伤日军固然有效，但对城市的破坏太大，最重要的是极容易误伤平民。我们很多弟兄在结束战斗后的心情都不好，因为在战斗中都误伤了平民。一些有日军顽抗的城区被炮弹夷为平地后，我们挖开废墟不但能找到日军的尸体，还能找到我们自家老百姓的尸体。唉！一想到那些被误伤的平民，我们都很难过，很内疚。”沈阳东北军第4大队第4中队中队长翟继赫在接受记者采访时显得闷闷不乐地说道。
“开着坦克进攻日军是最痛快的事情！就像骑在马上打猎一样。想象一下，你驾驶着坦克追杀一群毫无还手之力的日军，是多么的痛快！你可以随心所欲地想着用什么手段去解决他们，用速射炮打，用坦克炮轰，用机枪扫射，或者直接用坦克履带碾死他们。我很清楚地记得在白塔镇郊区的一场战斗，我开着坦克追杀一个中队的日军，杀死了绝大部分，然后我看到一个日军在拼命地逃跑，于是我猛踩油门追上去，那个日军吓得魂飞魄散，然后转过身跪下来，手里高举着一张照片，嘴里不停地喊着什么，应该是求饶之类的话，我没想那么多，直接碾了上去。把这个日军碾成肉饼后，我好奇地跳下坦克，走到那个大半个身子已经被坦克轧没了的日军尸体的身边，从他的手里取过那张照片，照片上是一对青年男女，男青年就是被我刚刚用坦克轧死的这个日本兵，旁边是一个看上去很贤淑很文静的年轻女子，笑起来就像邻家妹妹那样甜美。我估计这个女子要么是他的妹妹，要么是他的恋人，我相信，他在最后那一刻肯定非常不想死，他想回到日本去见这个姑娘，所以他跪下来向我求饶。嘿嘿，我确实有些可怜他，但这怪谁呢？是谁把他送到我的坦克底下的？要怪，怪他们的政府去吧！我可怜他，但不同情他。为了把这帮畜生赶出我们的国土，我们自己死了多少兄弟啊！我们的那些兄弟难道不是有血有肉的活人？难道没有爱人和家人？再说了，战场上，大家都杀红了眼，谁还这么多愁善感？你可以去查查，各部队最后上交的日军俘虏有多少？绝对不超过三百个。虽然日军很少投降，但战场上遍地的日军伤兵都是可以活捉的，不过，弟兄们都杀红了眼，谁还手下留情？就地宰掉日军伤兵已经是约定俗成的惯例，占领日军的野战医院后，我们都是用刺刀去血洗，把日军伤兵都给宰光了。没办法，这就是战争，人必须要抛弃人性，要用兽性去战斗。”沈阳东北军第1坦克中队副中队长熊虎讲述道。
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东北军总司令部在1月18日晚上对外公布道：
东北边防军在沈阳战役中取得重大战果，我参战官兵前赴后继、誓死血战，一举将进犯沈阳之日军第2师团、第6师团彻底聚歼，遂造成空前未有之大捷。是役，东北军共毙敌4万余，缴获将佐战刀二十余把、步枪3.1万支、轻重机枪400多挺、迫击炮掷弹筒步兵炮榴弹炮等各型火炮200多门、击毁日军坦克90余辆、俘虏日军800余人；日军第2师团师团长秦真次中将、第2师团第3旅团旅团长冈村宁次少将、第15旅团旅团长安井藤治少将、第6师团第11旅团旅团长谷寿夫少将、第11旅团第13联队联队长牛岛满大佐、第47联队联队长神田正种大佐等三十余名高级军官尽皆被东北边防军官兵击毙。
沈阳战役，日军参战部队为第2师团（2.4万兵力，该师团在鸭绿江战役中伤亡约1000人）和第6师团（9000余兵力，该师团在辽阳战役中伤亡了1.6万人），日军参战总兵力共计4.1万；东北军的参战部队包括：卫队团3000余兵力、农业屯垦团10000余兵力、宪兵部队1000余人、沈阳警察5000余人、独立第9和独立第10炮兵团的4000余人、辽阳的援军4000余骑兵和3000余步兵、蒙古族骑兵3000余人、冯治安部第37师1万兵力、张自忠部第38师1万兵力、杨虎城部第17师1.4万兵力，总计6.8万兵力，另外还有超过10万沈阳的平民和超过3000名讲武堂学员协同参战。最终，东北军阵亡2.5万余，伤残1.5万余，协同作战的沈阳平民伤亡3万人，沈阳平民在战火中伤亡5万余。第2师团的“勇”字军旗、第6师团的“明”字军旗以及两个师团下辖的4个旅团、8个步兵联队、2个骑兵联队、2个炮兵联队、2个工兵联队、2个辎重兵大队的军旗都被日军在末日来临之际烧毁。秦真次中将本人于1月18日凌晨在一栋民房里破腹自尽，冈村宁次少将在率领最后的一千余日军进行自杀性进攻时被东北军的狙击手一枪击毙。
获悉日军第2师团和第6师团被东北军全歼后，长城内外再度掀起了举国欢腾的鼎沸狂潮。中国国民不沸腾才怪，近百年来中国倍受国外列强的欺辱，特别是日本这个“一衣带水”的千年邻居，更加是世界各大列强里侵略中国的急先锋，中国人对日本人积压在心头的屈辱怨气早就盼着中国军队来一场大胜利从而狠狠地发泄一番。当沈阳大捷的消息传遍大江南北后，立刻引起了举国欢庆，各大城市鞭炮爆竹洛阳纸贵，酒水鲜花销售一空，全城旌旗招展、张灯结彩、锣鼓喧天，男女老少奔走相告齐欢庆，报馆的人挑灯夜战、奋笔疾书，然后用汽车装上大捆大捆的号外在街上铺天盖地泼撒，兴高采烈的人们欢天喜地地争相抢阅。
“沈阳战役，是日本自明治维新后建立现代化军队且跻身列强大国行列后遭到的一场前所未有的惨败，这对日本军队的打击也是空前的，同时这也说明，在东方黄种世界里，不仅仅只有日本在崛起。”美国《华盛顿邮报》是这样评论的，这也基本是世界列强各国的看法。
而在日本，第2师团和第6师团全军覆没的消息传来后，犹如一场惊天动地的十级大地震，给日本军政高层和日本国民的心理上带来了近乎毁灭性的打击。岛国上下朝野震动、举国惊惶。