日军急急忙忙亡羊补牢的同时，士气大振的东北军则在东北战场上展开全面的反击浪潮，各部的战事都大有进展。在辽东半岛主战场上，缓过气来的东北军对日军穷追猛打，除瓦房店和普兰店外，东北军又逐个收复了庄河、复州湾、皮口镇、华家屯等要地，完全把日军第1军压缩到了大连以北二十公里范围内的三十里堡镇、二十里堡镇一带，使得日军第1军和第2军已经是背靠背，第8、第9、第10、第11、第12师团尽皆死伤巨大，五个师团俱已经伤亡过半，使得辽东半岛的日军只有招架之力，毫无反扑之能；大石桥战场上，卫立煌、张治中、孙楚等将领指挥着东北军、晋绥军、中央军混合起来的10万大军，积极地对营口和盖州的日军第4军发动进攻，各部官兵无不奋勇血战，使得在1月底的时候，东北军左翼部队已经成功收复了部分营口和部分盖州，重新扭转了东北军在左翼战场上的局势；岫岩战场上，傅作义和商震运筹帷幄、指挥若定，以五个师的晋绥军牢牢地牵制住了日军第5第19师团，迫使这两个师团的日军无法南下参战或北上增援；除此之外，原本在鸭绿江战役中被打散的东北军西线方面军也重新被组织了起来。西线方面军原本共有6个步兵师和1个骑兵旅，但在鸭绿江战事中一败涂地：第4军第104师基本拼光，第119师由于师长崔兴武的投敌而四分五裂，第7骑兵旅则在孤山镇被第2师团击溃，第108师大部分叛变投降，第35师在凤城伤亡一半，第109师和第36师在陷入混乱中遭到日军第16师团猛攻，伤亡1万余，整个西线方面军总计伤亡近4万，被俘和投敌9000余人。如此巨大的惨败，使得总指挥兼第4军军长刘翼飞不敢回沈阳，对张学良忠心耿耿且急于将功补过的他把总指挥部和军部设立在凤城东北五十多公里外的宽甸县，然后忙着收拢被打散的部队。所幸东北军团级部队都普及了无线电，因此一个半月的忙活下来，刘翼飞顺利地收拢回了1万余残部，由于日军第3军此时元气大伤，第2和第6师团在沈阳全军覆没，第16师团在本溪被打得只剩下一个空壳，第5师团和第19师团被晋绥军牵制在岫岩，因此在日军背后起死回生的刘翼飞在组织起部队后急忙向沈阳的东北军总司令部发报，请求作战命令。
张学良获悉刘翼飞重新在宽甸县组织起部队后也是喜出望外。此时的萧浩然刚刚从辽阳返回了沈阳，在萧浩然和杨宇霆等人的商议下，决定命令刘翼飞在日军后方趁虚而入，夺取凤城，截断第16师团的退路，从而再创造全歼日军一个师团的辉煌战绩。
杨宇霆在发给刘翼飞的电报里呵斥道：“拿下凤城，算你将功折过，拿不下凤城，你就等着上军事法庭受审吧！八万大军一夜之间就土崩瓦解，整个东北军都找不出第二个你这样的饭桶！”
被骂得狗血淋头的刘翼飞在心惊肉跳中卯足了力气，率领他手下这支来自七八个部队的杂牌编制步骑混合军，一鼓作气地于2月1日攻克了只有日军一个大队守卫的凤城。对日军恨之入骨的刘翼飞命令部队不要俘虏，把受伤的日军全部一刀一个地宰了，仍然不解恨的刘翼飞还命令士兵们把日军尸体的脑袋和裤裆里的玩意也都剁了下来。随后，刘翼飞根据萧浩然的命令，继续率军北上，接连夺取了鸡冠山、刘家河、通远堡、草河口、下马塘，锁死了第16师团向南逃窜的道路。由于日军兵力严重匮乏，因此刘翼飞攻占这些地方几乎是兵不血刃。
第16师团在凤城被东北军重新攻占后就感觉到不妙，但一夜之间就已经陷入了东北军的重重包围中。沈阳的东北军除了第17师留下外，第37师和第38师则从石桥子镇、高台子镇一带扑向了本溪的北部，辽阳的东北军第11、第12骑兵旅也一路向东，反攻北台镇。参与对第16师团包围聚歼战的东北军部队里还有一支新式的装甲部队，包括20多辆狼甲坦克和10多辆狼乙坦克，驾驶这些新式坦克的都是刚刚得到战火淬炼的东北讲武堂装甲兵学员。滚滚的铁流在雪地间风驰电掣、势不可挡。第16师团此时只剩下区区七八千的残兵败将，并且过半都是伤兵，而包围而来的则是4万多士气高昂、兵强马壮的东北军。一时间，第16师团的四面八方都是“全歼第16师团”的怒吼声，第16师团也已经插翅难飞。
蒲穆中将可不希望自己成为第二个秦真次中将，尽管第16师团已经山穷水尽，但仍然要做困兽之斗，况且，此时的天气让蒲穆中将和第16师团的几千残兵猛然看到了希望。经历了大半个月的风雪天气后，东北的上空雪过天晴，迎来了难得的好天气。当然，这种好天气是对于日军而言的，东北军则巴不得天天下雪，天晴了，日军航空兵就要出动了。在蒲穆中将的请求下，数以百计的日军飞机出现在了本溪的上空，对地面上已经铁壁合围了第16师团的东北军展开狂轰滥炸，东北空军随即出击迎战。实际上，东北战事爆发三个月以来，东北空军损失非常严重，刚开战就因为日军的偷袭而损失了300多架主力飞机，因此不得不把仓库里的一些老式飞机也拿出来重新披挂上阵。激战三个月来，东北空军在空战中已经损失了超过150架飞机，同时也击落了100多架日军飞机。为了能够全歼第16师团，东北空军剩余的100多架飞机都倾巢出动，使得本溪上空爆发了激烈的空中较量。响彻云霄的战机呼啸声中，双方的空中鹰群连续不断地在本溪上空的苍穹蓝天间展开殊死搏杀，壮观程度令人叹为观止。
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尽管靠航空兵的增援，第16师团勉强稳住了阵脚，但很快就面临一个残酷问题：断粮。
凤城等后方城镇被东北军攻取，让第16师团已经陷入了穷途末路，得不到来自后方的援助，就靠在因为居民大规模迁移而人烟稀少的本溪就地抢粮来填饱肚皮显然是不切实际的。虽然纪律森严的日军在这种弹尽粮绝、食不果腹的情况下仍然保持严明的纪律，队形不散、拼命死战，但武士道精神毕竟不能当饭吃，饥肠辘辘的日军在即将饿得都没有力气举枪的情况下纷纷宰杀同样也饿得皮包骨头的随军战马，然后像饿红眼的野狗般啃吃着血淋淋的马肉，由于没有食盐，马肉粗糙不堪，吃进嘴里便反胃恶心不已，嚼着马肉的日军大批大批地呕吐腹泻，但为了活命，日军也只能强行生吞活剥咽下去。后方运输线被截断使得日军野战医院里伤兵满营、医药奇缺，没有麻醉药的军医只能对伤兵进行无麻醉的手术，结果野战医院里鬼哭狼嚎声一片。
无计可施的蒲穆中将只能一次又一次地要求航空兵部队多派运输机向包围圈内的部队空投弹药、粮食、医药等物资，以解燃眉之急。运输机多了，东北空军的战果自然也多了，一架架体型巨大的运输机在中弹后拖着滚滚浓烟一头栽落，有的运输机凌空爆炸，无数的罐头在爆炸中仙女散花般漫天绽放，引起下面的东北军官兵们欢声雷动。
在张学良的反复敦促下，包围本溪的东北军一次又一次地加快进攻步伐。对胜利已经愈发渴望，并且获悉日军两个师团的援兵即将开赴东北战场后，张学良就更加希望再取得一场大胜。因此张学良特地下达悬赏命令，击毙蒲穆中将者，赏大洋五千，生擒蒲穆中将者，赏大洋一万，缴获第16师团军旗者，赏大洋一万。获悉张学良的悬赏令后，本溪前线的官兵们无不干劲十足。
2月5日傍晚，为防夜长梦多，围攻本溪的东北军对第16师团展开了最后的总进攻。
月影夜幕下的本溪，潮水般全面杀向第16师团的东北军爆发出惊天动地的喊杀声，冯治安、张自忠、刘翼飞等将领们都对麾下官兵严厉命令：“有进无退！有敌无我！天亮前必须结束战斗！”在长官们的严厉命令下和高额奖金的刺激下，奋勇冲杀向日军的东北军各部官兵无不战意昂扬、争先恐后，回天无力的第16师团已注定在劫难逃了。
亲手击毙蒲穆中将的是东北军装甲部队第2坦克中队的王利军中尉。这位年轻的装甲兵在之前还是东北讲武堂装甲兵学院的学员，但参加过沈阳战役后，他已是一名拥有实战经验的坦克车长。根据王利军的讲述：“当天晚上，各个长官都非常严厉地下达了总进攻命令，要求今天夜里必须彻底解决掉第16师团。再加上少帅颁布了悬赏令，因此弟兄们都热血沸腾、干劲高涨。战斗打响后，月光特别的皎洁，漫山遍野都是白花花的刺刀和亮闪闪的钢盔。我和我的三个弟兄驾驶着一辆狼甲坦克负责给第38师一个营的步兵兄弟开路，本溪的南部城区已经在大火和战火中化为废墟，日军无法展开巷战，因此都退到了北部城区。当时的气温滴水成冰，太子河已经结冰，步兵从上面走肯定没问题，但狼甲坦克重达15吨，我们不知道河面上的冰层能不能承受坦克的重量，因此在河畔犹豫不决。看到大批的日军退到了北岸，跟在我们坦克后的那些步兵都急不可耐，纷纷催促我们开过河面，我没同意，那些步兵骂我们是胆小鬼，然后抛下我们，独自冲过冰面进攻北岸城区了。我当时气得不轻，但觉得就这样停在南岸隔岸观火也不是办法，于是我和我的弟兄们就四处找了很多的木板和秸秆，铺在河面上，给坦克铺出了一条路。后来，事实证明我的想法是正确的，坦克碾压着木板秸秆，顺利地抵达对岸。在这同时，兄弟部队里有五辆坦克在强行渡河时都压破了冰面，十几吨重的铁疙瘩直接沉进了冰窟窿里，那五辆坦克肯定能捞上来的，但驾驶那些坦克上的弟兄都是凶多吉少了。获悉后，我们都很难过。过河后，北岸城区已是空前的混乱，日军弹尽粮绝，我们的火炮也不敢轻易开火，因此战斗的新式完全是近身战和白刃肉搏战，好在我们弹药充足，很多弟兄都有冲锋枪，因此打这种近身战是我们占便宜。但由于双方混战在一起，我们驾驶着坦克也不敢开火扫射，怕误伤自家弟兄，只好在交战地区边缘游荡，看到日军的散兵游勇就给上一梭子。弟兄们都觉得这样小打小闹很不甘心，因此就在交战区里来回开动。大概是凌晨一点的时候，我们当时在核桃沟附近，突然听到一阵非常密集的枪声，然后看到一小群日军从某个民房里跑了出来，人数足足上百，被他们护卫在中间的是好几个年龄较大、一看就大有油水的高级军官，并且这股日军用的枪械也很杂，不少人使用的是日军专门供将佐级军官的南部十四式手枪，遇到我们的小股部队时，他们也不纠缠，而是边战边走，一直保持着很整齐的队形，必要之时还有人自发地留下拖住追兵。在一片混乱的战场上，这伙日军想不惹人注目都难。
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当时我们非常兴奋，立刻开足马力追了上去。少帅说，活捉蒲穆中将得一万大洋，打死那鳖孙却只能得五千大洋，因此我们不敢齐刷刷地把那伙日军都射翻，因此十分轻手轻脚地把簇拥在周围的那些日军一层一层地剥去。其中有几个日军主动留下来迎战我们，挥着军刀就向我们的坦克扑过来了，我们都懒得开火，直接撞上去，军刀劈在我们的坦克上火星四溅，那几个日军也立刻被卷进了坦克履带里。到了最后，就只剩下一个又矮又胖、像狗熊似的活物还在玩命地奔跑。我们不紧不慢地开着坦克跟在他后面，就跟耍猴似的，想着让他体力耗尽然后被我们活捉，谁知道那鳖孙往山沟里跑去了，我们的坦克可不能爬山，所以我只好开火了，不小心就把那鳖孙的下半身都打没了，跳下坦克走过去，发现是个四十来岁的老鬼子，但没有穿军服，也不知道是不是那个叫蒲穆的大鱼。我随后把这个老鬼子里里外外搜了遍，连内裤都没有放过，最后在他的内衣夹层里发现了一面军旗，上面是个‘恒’字。一起带回去给张自忠将军看了后，才知道我们中了头彩。”在接受战地记者采访时，王利军手上拿着一张东北建设银行的一万五千银元的支票正笑得合不拢嘴。显然，这位英雄的装甲兵还沉浸在飞来横财的极度喜悦中。
第16师团被全歼的时候，张学良正在沈阳以东五十多公里的抚顺县大伙房水库。他是连夜乘坐汽车赶来的，如此匆忙自然是因为有极其重要事情发生了。