2月27日，日军舰队重新抵达血火浴城的营口，大批的日军丢弃武器钢盔，不等登船命令就跳入海中游向军舰，海滩上毫无秩序且拼命向军舰上拥挤的日军密集度惊人之高，在东北军炮兵部队的猛烈轰击下死伤惨重。随着前线部队的步步推进，也越来越接近港口的东北军炮兵部队越发猛烈地向拥挤在海滩上的日军展开地毯式的饱和性炮击，成千上万发炮弹在跑群的怒吼中从天而降在日军头上，直炸得日军血肉横飞、鬼哭狼嚎，整个营口海滩也被炸得弹坑如麻、沙土飞扬，被炮弹弹片撕碎了的日军肢体残骸在飓风般的炮弹冲击波中向四面八方飞溅，迸溅出来的汩汩腥血和脑浆内脏甚至将沙滩染成了大片大片的暗红色。为了加快撤离速度，古庄中将下令丢弃所有的伤残士兵，优先让完整无缺的士兵登船。一圈圈被抛弃的日军伤兵围成一团，在绝望的哭号声中拉响发给他们用以“玉碎”的手榴弹。而炮兵部队猛烈轰击日军同时，东北空军的飞机也倾巢而出，呼啸在营口上空并将一批批炸弹毫不留情地丢在日军头上，机群同时还猛烈轰炸扫射在海面上挣扎的日军和日军运输舰艇。由于日军密集度奇高，机群投下去的炸弹基本每发必中，在航空炸弹爆炸时所掀起的滔天海浪中，满载日军逃命官兵的日军小中型舰艇连续不断被炸伤炸沉，连同上面的日军一起在哀嚎惨叫声中挣扎沉没在辽东湾的滚滚浊流中，有的小型运输舰艇被炸弹直接命中，被炸得四分五裂，乘坐在上面的日军官兵统统被炸成肉泥，鲜血迸溅染红大片大片海域。整个营口和附近的海面犹如修罗屠宰场般血腥残酷，被炸死的日军尸体残缺不全地铺满滩头、飘满海面，内脏脑浆和断手断脚遍布地面，触目惊心、狼藉不堪。
2月28日，进攻营口的东北军、中央军、晋绥军、鲁军等部全面突破日军防线，杀上了营口海滩，上百辆东北军的坦克在海滩上疯狂碾压和扫射来不及逃跑的日军，杀得日军尸横遍野，瘫倒在地不能动的日军伤兵统统被东北军用刺刀捅死。已经处于东北军火炮射程内的日军舰队慌忙草草地结束了只持续一天一夜的撤军，在东北军的炮弹和炸弹的欢送下，日军舰队仅仅撤走了一万余的陆军官兵，第7师团和第14师团尽皆被打残，两个师团都被东北军消灭了超过四分之三的部队，辎重和重武器全部丢失，第3师团宣告被被全歼。
遥望着海面上正狼狈逃离的日军舰队，营口海岸上的东北军官兵们一起疯狂地呼喊着口号，并将身上所有的子弹向海空间尽情狂飙射击以宣泄着心中的狂喜。至此，东北军在左翼西线战场上取得全面的胜利。东北军以及联合作战的中央军、晋绥军、鲁军等参战各部（包括之前戍守营口的第123师、第125师、海军独立海防混成营等部队）以伤亡10万余人的代价，消灭日军第4军约6.3万日军，第7师团和第14师团的有生力量被摧毁殆尽，第3师团被东北军全歼，辽东半岛西部沿海的铁路线也重新被打通。
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