二纵队进入突破口后，一梯队十五团分别从惠安街、良安街之间楔入市区，国民党军出动坦克、装甲车阻止二纵队前进，并实施炮火拦阻，一梯队团击毁了国民党军两辆坦克。十五团一、三营沿大街向南突击，其二营沿铁路向火车站方向发展进攻。十四团沿铁路南侧马路(今延安路)向东发展进攻。
当十五团三、八连越过铁路，进至路基下第一排草房时，国民党军组织了1个连的兵力进行反冲击，八连二排正面抗击，三连二排从右翼迂回，歼其大部。三连和八连乘胜占领了第二排房子，国民党军又以两个排的兵力实施反冲击，在两个连的打击下，守军大部被歼。接着三、八连依托有利地形，发扬火力，打退了国民党军两次反冲击，乘机向纵深发展。
12时许，三连进至惠安街，发现一个国民党军迫击炮阵地，立即将其围歼，俘70余人，缴获了4门迫击炮，完成了巩固突破口的任务。一营二梯队加入战斗，继续沿惠安街穿墙打洞攻击前进，13时左右，一营先头进至老城附近，遇国民党军1个多连兵力的反冲击，二、三连依托有利地形，组织火力，将其歼灭，俘200余人。此时，二纵队刘震司令员命令：“向高等法院(今和平路，锦州市中级人民法院原址)地区进攻，配合友军，歼灭敌人主力”。十五团主力当即向东进攻，街道被国民党军封锁了，只有挨家逐院掏墙打洞地前进。十五团主力控制了两条街后，进至静安街(原永安监狱、老中级人民法院路南)，歼灭了锦州医院(伪满时期称赤十字病院，也有称为陆军医院，今锦州市中心医院)的守军。
当年“国际仓库”遗址支援十五团的坦克二连的7辆坦克刚进城，接到指挥部的命令，迅速开进到桥南约1公里处的凹地隐蔽待命，检修了车辆，补充油料和弹药，接着以3辆坦克轰塌了一条大十字街中心的红砖大碉堡，打通了一条2000米长的大街。同时，十五团二营沿铁路向东发展进攻，迅速扩大了战果。
二纵队五师的二梯队十三团、十团，从十四团、十五团之间加入战斗，十三团即向监狱(今和平路，原永安监狱)实施攻击，十团沿惠安街向锦州老城推进，在坦克分队的掩护下，攻克了老城西北角的三官庙，歼国民党军1个连，而后沿老城外保安街，向东发展，又歼1个工兵连。18时，十团奉命撤至三官庙集结待命。十一团紧随十团其后，经定安街、保安街，迂回至锦州医院北侧。
人民解放军突破锦州城防后，向纵深发展。
23时，十三团进到监狱附近时，遭到国民党军的阻击。监狱四周设有围墙，墙上设有电网，三面临街，四个大门被堵死，易守难攻，守军约1000人，为及时协助十五团歼灭高等法院之守军，副团长王亚民率三营直chā高等法院，二营攻击监狱，六连首先发起攻击未奏效，团长又集中轻重机枪、九二步兵炮、迫击炮掩护四连继续攻击，监狱大门被轰开，四连乘机攻入院内，五连随后进入，守军一部向南突围，十一团、十三团南北夹击，将其歼灭。
今锦州市民用建筑设计院处曾为国民党锦州市政府所在地17时，十四团在向东攻击中，遇到国际仓库(今延安路2段驻军某部院内)1个营的国民党军的顽强抵抗，国际仓库原为日伪时期的“国际运输株式会社”，是火车货物的转运场，院内有一座车库，下面有一个地下室，十四团与坦克分队相配合，一个坦克连在大院南面攻打沿街的火力点，阻止南部国民党军向大院增援，另1个坦克连支援步兵攻击，将守军歼灭，部队冲进院子内地下室指挥所时，守军的留声机还转着。这时，五师参谋长汪洋来到十四团，命令继续向东面的天泰和烧锅(今延安路叉车大修厂院内)大院进行攻击，大院里有1个团部和1个营的兵力把守，围墙外有一条几米深的壕沟，院墙上有两个钢筋水泥碉堡做支撑点，外围还有几个砖砌的碉堡，守军凭借这些工事进行顽抗，院内的守军还向外反冲击，十四团二营的指战员跳出堑壕和国民党兵拼刺刀，坦克加大油门猛烈撞击碉堡，压制火力点，将反击的国民党军压缩在100米的开阔地上，打死轧死200多人。在坦克分队的支援下，激战40分钟，攻占了烧锅，俘500多人。
20时，十五团三营进至上海路，包围了电业公司(今儿童公园南侧)附近的国民党一八四师师部，在军事打击和政治瓦解下，使1000多人投降，缴汽车几十辆。一营边打边进，bī近了高等法院。十七团随四师进入城内，21时，其先头部队进至白云公园奉命加入战斗，向东侧市政府(今中央大街路西，锦州市民用建筑设计院，有的资料称市公署)方向进攻。市政府为东西两个大院，有国民党军装甲兵一部把守，东院临中正大街有一栋楼房，院内筑有一处地下室，与东墙外地堡相通。22时，该团一连发现市政府西侧院内有小股国民党兵往汽车上装物资，一排三、四班乘其不备，发起冲击，俘40余人，缴获汽车12辆，接着一、二排并肩向东院攻击，在火力的支援下，迅速越过矮墙，守军慌忙向楼内和地下室逃窜，三排以火力掩护，二排沿北围墙尾随追至楼上，先敌开火，毙伤20多人，缴获重机枪1挺，一举夺占市政府大楼。
一连三、四班迅速向交通壕bī近，以火力将壕内之守军驱逐，切断了地下室与地堡内守军的联系。而后，分别沿交通壕向两翼攻击，一举歼灭了围墙东和东南侧地堡内的国民党军，地下室内20多人被迫投降。22时50分，肃清了院内守军残部，缴获装甲车5辆。市政府路东是税捐局大楼(伪满时期称，国民党时期为三青团团部，今东方红旅社院内北侧)，钢筋水泥结构的两层楼房，墙厚有0.7～0.9米，北为邮管局，东南为国民党六兵团司令部，是国民党军中央防守区，兵力火力相对集中，税捐局大院由国民党军暂十八师一团五连配属1个机枪排防守，四周有两道铁丝网，四角各有地堡一个，似交通壕相连接。十七团一连刚刚占领了市政府。
23时许，国民党军组织了约1个连的兵力，在装甲车的引导下以炮火相支援，分别从税捐局大院南北两侧路口向市政府反冲击，一连一、二排占领大院围墙的南北段，进行抗击，三排依托楼房压制税捐局大楼火力，控制街头路口，三班以集束手榴弹炸毁装甲车1辆，国民党军回窜，接着国民党军又依托税捐局大楼，实施了两次反冲击，均被击退。15日零时，团令一连于拂晓前攻占税捐局大楼，一连采取爆破与突击相结合的打法，以八班和十一班组成爆破班，在楼西侧两窗之间实施重量爆破，二排担任突击分队，一排为二梯队，三排(欠十一班)为预备队。
“省公署大楼”今照3时30分，一连集中火力封锁窗口，炮兵实施抵近射击，将西北角地堡摧毁，爆破班以7箱炸药将楼房炸开了3米宽的口子，经20分钟的激战，二排和一排乘势攻占了大楼，接着二排又用爆破筒炸毁了西南角的地堡，以火力压住东南角的地堡，通过喊话，国民党军10多人投降。5时，该连进至六兵团司令部西侧，与三纵队七师会合。15日晨，十三团和十五团一营包围了高等法院，一营准备攻击时，发现手榴弹、爆破筒都打光了，九二步兵炮已无炮弹，经向师请示，派人送来了9发炮弹，6根爆破筒和一批手榴弹，进攻部队分别从西北和东南两个方向发起进攻，十五团三连王德明等5位勇士首先冲进院内，俘700多人，经激战，将守军全歼。10时，十四团和十五团在白云公园会合。
三纵队先头部队在城北突破城防后，国民党军暂二十二师依托省公署大楼的附近高大建筑物，拼命进行反击，三纵队后续部队受阻，发展极为困难，纵队当机立断，令七师十九团、八师二十三团围攻省公署大楼，箝制守军，七师、八师主力及九师由八师突破口突入，六纵十七师从八师左翼入城。17时许，七师和八师主力入城后，绕经万年街(今万年里)直chā市内展开巷战，九师随七师后跟进。19时，八师二十二团经大同街(今劳保南里)越过铁路，协同兄弟部队围攻铁路局。九师二十七团不顾三面火力封锁，一举攻占了师范学校(今北京路空军第三飞行学院东侧院内)，打开了向纵深发展的道路。该团一营绕过国民党军火力点，向南猛chā，进至铁北水塔附近，遭一幢小楼和地堡内火力的阻击，突击组一连三排伤亡较大。在紧急关头，八班战士廖文祥，自动代理班长，带领全班避开火力点，绕过两道院墙，用10枚手榴弹打下了1个大母堡和4个碉堡，歼守军1个营部和1个排。21时，二十七团越过铁路，直chā白云公园，一营一连进至白云公园后，歼1个榴炮营，缴获美一○五榴弹炮12门。战后，二十七团一连荣获“锦州尖刀英雄连”称号，战士廖文祥被授予“战斗英雄”称号。22时30分，九师二十五团经神社至铁路南，迂回包围火车站，二十六团向沙家坟(今铁北文政里)方向进攻。
15日凌晨，十九团在二十三团一部的配合下，围攻省公署大楼，这是日伪时期锦州省公署所在地，主楼居高临下，是城北一带的制高点，国民党军占领以后，在大楼四周修有暗堡、外壕、围墙，设有多道铁丝网，暗堡与大楼通过交通壕相连接，火力和障碍相结合，形成了一个环形的防御体系，负责城北防御的暂二十二师师部就设在这里，守军的兵力比较集中，工事比较隐蔽，所以炮火准备时未能全部摧毁。
解放军的大炮进行延伸射击，三纵的部队在一片惊天动地的喊杀声中，沿着被炮火轰开的20多米宽的土城墙口子，鱼贯泄向锦州城里。哒、哒、哒，哒、哒、哒，一片交叉火力封锁住了部队冲锋的道路，原来是从辽西省政府大楼射出的火力在疯狂地施着yín威。
坐北朝南四层楼的省府大楼，正面洁白如洗，背面砖墙弹痕累累。院墙内外高大的杨树，肥大的叶子在熏风中沙沙作响。一扇扇打开的窗户，都是火力点，轻重机枪喷泻火焰，钳制着逶迤数里的城墙.三纵从11点打到黄昏无进展，楼后坡坎上烈士遗体越倒越多。为节省时间，减少伤亡，主力就从东侧爬墙向市区攻进，凶狠的敌人火力就向东侧射击。
天黑时，八连指导员瞿文清接到命令：两小时内拿下大楼。
照明弹一颗接一颗挂上天空，把一切染得惨白。在熄灭的瞬间，熊熊大火，炮弹出膛和爆炸火光，立即从黑暗中钻出来，满城血红。曳光弹漫天飞舞，像无数团巨大的红绒线在空中搅织。
美联社报道；锦州之战，子弹密集得在空中相撞。
大楼下是围墙，围墙外有地堡，地堡前百余米有道两个人多宽和深的壕沟，壕沟外是铁丝网。八连就这么一层层往里炸，往里打。
地堡里机枪往外打，楼上火力像梳子，楼里敌人不断出来反击。都是九十三军的云南兵，个不高，挺凶狠，能打。八连仅有四挺轻机枪，营里配屑两挺重机枪，全力压制，掩护爆破组lún番攻击。
攻到楼前时，楼上手榴弹像屋檐滴水似地往下砸。几个爆破组上去，不是负伤，就是牺牲了。正着急，新战士杨玉文爬回来了，拿着拉火管(规定爆破手完成任务回来，要上交拉火管)乐颠颠地说：指导员，炸药放上，准备冲吧！等了10多分钟，炸药也没响.再一看，炸药没有了。去营里取，只取回一包和一个命令：必须在规定时间内完成任务。
好歹就看这包炸药了。
几个人都要去。杨玉文更窝火，说什么也要再给他个机会。
瞿指导员说：谁也别争了，这包是我的。
坦克部队配合步兵攻击国民党政府军队锦州指挥所。
战斗结束清点人数，六个排长、副排长就剩一个了，20个班长、副班长仅剩两个。打到这份上，再完不成任务，我这个指导员怎么交代？连长年轻，打仗勇敢，但没经验。我在山东就干这个，一天书没念，摆弄炸药包可是大学生。
跟连长交待几句，瞿指导员就连滚带爬往前摸。死呀活的全没想，满脑就是那栋大楼。子弹扑扑钻进身边土里，手榴弹在周围咣咣炸，硬没伤着。楼上敌人发现了，手榴弹冒着烟，羊拉屎似地往下掉。打完仗回去看看，楼下是个挺陡的坡，坡下是个坑，手榴弹都滚到坑里响了。瞿指导员当时是什么也顾不得了，心里只有一个念头，反正你不炸死我我就炸死你，有你没我。半道上捡包牺牲战士的炸药，到楼下又见到小杨没响的那包。三包捆在一起，检查两遍，导火索“哧哧”窜出蓝火苗，瞅一会儿才跑。也不知跑出多远，未等卧倒，爆炸的气浪就把他掀倒了。
省府大楼被炸得没了模样。大楼里敌人的疯狂射击嘎然而止。
这一仗，八连记集体两大功，得一面“军政双胜”锦旗。瞿指导员立三大功，成为“战斗英雄”。
与此同时，二十三团一营对省公署大楼西侧之红楼(伪满时期锦州地方警察学校，今空军第三飞行学院教学区)发起进攻，在火力支援下，东西夹击，各组协同一致，逐堡攻坚，激战约1小时，以军事打击和政治攻势相结合，全歼国民党军一八四师一个加强营。七师经衡阳路(今重庆路)向西推进，直扑交通大学。
15日2时，二十七团二营攻占了辽西行署，歼国民党军300余人。3时，二十六团攻占了沙家坟，歼一八四师一个加强营，俘辎重营副营长以下160余人。5时，又夺取了七三三医院(伪满时期为日本陆军病院，今铁北锦州铁路印刷厂)，全歼守军。
八师二十二团与六纵队十七师等友军部队围歼了铁路局之守军后，二十二团又歼灭了十兵站总监部(伪满时期建的行宫，今锦州铁路宾馆)守军，10兵站总监部在铁路局的西侧，此时，炮弹已经落到大楼上了，总监部的人十分恐慌，三四百人都跑到院子里，于是，黄炳寰总监令院内的人员去路东的铁路局大楼躲一躲，但不知此时铁路局已被解放军占领，走到门口，黄总监卫士高喊：“黄总监带着兵站总监部的人到你们这里躲避一下，你们不要开枪。”院内有人答道：“你们来吧，我们不打枪。”
刚一进院，四面出来了十几个解放军战士高喊“你们缴枪吧，我们优待俘虏！”进来的人就全成了俘虏。接着，二十二团又向邮政管理局东南方向发展。拂晓，八师二十四团直chā中正大街电力会社(伪满时期称，今中央大街凌河供电局)西侧之国民党军九十三军军部大楼(亦是锦州警备司令部)，大楼四周有围墙、地堡，墙外有鹿砦。
二十四团二连先攻占了路东的一幢房子，以手榴弹炸开一道缺口，三排搭人梯爬入院墙内。此时，一排将院墙东南角地堡之守军击溃，尾随溃兵沿交通壕进了院内，利用守军遗弃的两挺重机枪、4挺轻机枪，以院内3辆卡车为依托，向大楼射击，以火力掩护部队接近大楼，守军也以火力进行反击，在紧张之际，炮兵对大楼进行了炮击，使守军800余人动摇，被迫放下了武器。
7时，七师二十团和二十一团以及九师二十六团在坦克分队的支援下，攻打交通大学。交通大学是经张学良创办的，日军占领锦州后，大学已移至关内，国民党军进占后，把这里变成了铁北地区一个守备要点，四周设有围墙，院内设有炮兵阵地，防守比较严密。二十一团三连战士冯喜和在执行爆破围墙任务中，腿部中弹，他拖着负伤的腿仍顽强地爬行前进，正要拉响炸药时，xiōng部又负伤，在炸开了冲击道路后壮烈牺牲，三连经过激战歼灭了守军六兵团运输团两个营，其他约200余人由北侧突围外逃，当即被二十六团一营截击。七师二十团也将水塔顽抗之国民党军歼灭，至此，铁路以北地区的国民党军被全部肃清，部队进入铁南地区。