自国民党第刀军在大洼、金山堡遭到打击后，即放弃从左翼迂回四平的打算，改向右翼新1 军靠拢，并于4 月17日逼近四平；同日，新50师则由红牛哨沿铁路进至庙子沟以北、四平以南之山地；新38师于18日进占四平以西之老四平，下午伸至以西的泉眼车站，并以小部队向四平西北之任家屯方向活动。至此，四平已被国民党军弧形包围，东满、西满之铁路交通被截断。郑洞国、梁华盛亲临前线督战。郑洞国、梁华盛均为国民党军中所谓优秀军事指挥官，参加过缅印远征作战，接受过美式军事教育，这次亲自抵近前线指挥，可见其对四平地区作战的重视程度。
为迎接日益迫近的四平保卫战，根据中共中央关于坚持控制四平的指示，东北局于4 月初在梅河口召开会议，专设研究保卫四平问题。计划于四平以南，集中优势兵力，于进犯四平之国民党军以歼灭性打击，使其从根本上失去进攻力量。东总仅以保安第1 旅第1 团及万毅纵队第56团两个团兵力守备四平地区，以一部主力在正面迟滞国民党军，而大部主力则集中其侧后的八面城、梨树等地区，并调已完成夺取长春任务的第7 师、曹里怀支队、第8 旅第23团南下，第3 师第7 旅北上，投入保卫四平作战。
为了统一指挥，东总命令成立了四平卫戍司令部，保安第1 旅旅长马仁兴任司令员，中共四平市委书记刘瑞森任政治委员，左叶、邓忠仁、杨尚儒任副司令员。4 月初，林彪移驻梨树，指挥四平保卫战。
四平，位于东北平原中部，沈阳、长春之间，中长、平（四平）齐（齐哈尔）、四（平）梅（河口）三条铁路在此交汇，是连通东、西、南、北满的重要交通枢纽，又是著名的粮食集散地。城北有北山掩护。城东亦有小山岗，南至沈阳、北达长春均为一片平原，历来为兵家必争之要冲。
然而，四平市区地势又比较平坦，没有防御的城垣。该道东区多为中国老百姓居住区，平房矮小。道西区则为政权所在地和日本侨民居住地，有部分楼房。从地形上看，四平是一个易攻难守的城市。
林彪对防御作战非常有研究，曾经在苏联养伤时写过一些论文，并在党内外发表过。这在当时的历史条件下具有一定的军事学术价值，曾受到苏联红军一些高级将领，甚至斯大林的赞赏。由于这里地形条件不太好，林彪最初布防时并未将主力一线摆开，而只是择其要道进行小部队重点防御。主力则处于机动位置，根据需要投入战斗。
四平市区及市北高地为万毅纵队56团防守；西区由保安第1 旅防御；第二、第2 、第7 师和黄3 师主力则分布于四平两翼的要点地区。
为避免被动，民主联军主要防线在市区以内的泊罗林子，市区的西北和东北的小高地上，争取在四平城外与国民党军决战。
林彪等还要求各级指挥员奉命后，要以较大的决心坚守防线，没有命令不得后退。这些命令对于打惯了游击战、运动战而基本上没有打过大规模阵地防御战的八路军、新四军部队来说，是一个严峻的考验。其间，防守部队在四平城外构筑了很长的一条交通壕。四平城内的小河流也被民主联军堵塞，让小河漫出河床形成城外沼泽，以防止国民党军坦克的冲击。此外，还在阵地间驾设了电话线，大大加强了各部间协调行动。防御阵地内都设置了小缸、干粮、弹药和医疗用品，指战员们大多为关内进入东北的老八路、老红军，政治素质相当高，作战勇敢，他们士气很高，准备同这些吃过洋面包、喝过洋牛奶的曾参加过出国作战的国民党军决一高下。
四平保卫战是继东北民主联军解放四平后的第二次激战。其战役持续时间之长，双方投入兵力之多，战斗之激烈，影响之大在东北战场是空前的。
四平保卫战，从4 月18日国民党军进攻市郊开始，至5 月18日夜东北民主联军主动撤出为止，历时31天。国民党军凭借其美械装备之优势，在飞机、大炮、坦克掩护下，对四平进行了疯狂进攻。东北民主联军昼夜浴血奋战，粉碎了国民党军3 次预期占领四平的计划，消灭其大量有生力量，对于中国共产党控制东北战场局势，建立巩固的东北根据地产生了深远的政治影响。
四平保卫战大体上可分为三个阶段：4 月18日至4 月历日为第一阶段，此阶段国民党军锐气正盛，连续猛攻，东北民主联军沉着顽强进行抵抗。4 月27日至5 月14日为第二阶段，双方形成对峙局面。5 月15日至5 月18日为第三阶段，国民党军增援猛攻，东北民主联军实施战略撤退。
四平保卫战第一阶段于4 月18日打响。4 月18日上午，郑洞国指挥新1 军新30师以1 个团在猛烈炮火掩护下，开始同四平西南及南郊的海丰屯、前后玻林子和鸭湖泡等地发起正面进攻。东北民主联军守城部队奋起还击，四平保卫战正式打响。由于攻城国民党军中有最为精锐的全美式装备的部队，其火力超过日军最优秀部队火力的许多倍，故其炮火猛烈程度是空前的。四平南外围一线，炮火连天，硝烟弥漫。东北民主联军主要阵地上，平均每分钟遭受35发炮弹，阵地上弹痕累累，守城部队利用钢板构成的空心堡垒工事和组成的各堡垒间的交叉火力，得以牢固地坚守。新30师经过3 小时的炮火准备后，即向守城部队接连发起3 次冲锋。守城部队阵地屹立不动。新30师为寻找突破四平正面防御弱点，又于19日于正南、西南、东南分路进攻。向铁路以西进攻时，被保1 团击退，向铁路以东进攻时，将第56团鸭湖泡阵地占去一处。自20日起，新30师在四平南面以保1 团和第56团接合部为中心，向铁路及其两侧阵地进攻，企图沿铁路突入市区。同时，新38师向四平西北三道林子、北山进攻，企图占领北山制高点，由北面突人城内，形成南北夹攻之势。
三道林子位于四平西北、杨木林子车站以酉，距四平1 公里，是东西走向长臂形高地，无论攻守均属战略制高点。
守军为民主联军保1 团第2 营。4 月19日，新38师派出小部队进至四平西北的程家窝棚机场附近构筑工事，其主力于20日进至小孤榆树、江嘴子、条子河一带。随即以1 个营的兵力向三道林子进行侦察性进攻，遭第2 营抗击，21日10时许，新38师又以1 个营兵力在强大炮火掩护下再次进攻，后经第2 营数次反击后才阻止了其前进。
新38师对三道林子、北山的进攻，给守城部队以严重威胁。为确保四平侧后安全，林彪调第3 师第7 旅进至杨木林子、莫杂货铺、八大泉眼一带，沿北山由右后侧延伸防线，防止新38师由四平西北重点突破造成合围四平的态势。
毛泽东极为关注四平保卫战的形势。4 月21日，他电告林彪，指出：新1 军是缅甸远征军，蒋军主力，我必须集中绝对优势兵力，养精蓄锐，待其疲劳不堪，粮弹而缺，选择良好地形条件，以数日之连续战斗，将其各个击破，全部或大部歼灭之，就可顿挫蒋方攻势。
4 月22日，新38师以两个营兵力猛攻北山阵地，经连续4 次冲锋，曾占领部分阵地。第2 营又组织反冲锋，夺回阵地。
同日晚，毛泽东致电林彪说：“望死守四平，挫敌锐气，夺取战局好转。”林彪根据毛泽东指示，下达了死守四平的命令。还在四平保卫战前，林彪是一直主张边战边退的，即使是打也是找到合适机会后才打的，原因是敌强我弱的总形势没有变化。然而，四平一战，毛泽东决心那么大，林彪当然予以高度重视，为了指挥好战斗，他嫌不足百人的民主联军总部机关人多。仅带领几名精干参谋和几名工作人员，1 部电台和不足20人的卫士，亲临前线布置作战指挥。
23日，林彪致电毛泽东，向中央表示了东北民主联军的决心。电文指出：“22日亥时电悉，当坚决执行，死守四平。”
23日8 时10分，新38师再次猛攻北山，多次反复冲杀，保玉团第1 营守军以反冲锋击溃其进攻。双方伤亡较重。当夜东总令民主联军中的头号主力第7 旅投入战斗，由第7 旅第21团一部接替三道林子、北山防务，继续坚守防御；第7 旅第19. 第20团进至哈福车站、南塔山3315高地及羊鼻子山阵地。
在此期间，国民党军又由南满抽调第52军第195 师北上增援，进至四平以南双庙子一带；第力军第91师及第87师残部，由大洼、八面城北进，企图插至四平、长春之间，施行大迂回。
针对国民党军的布局，东总将四平外围主力全部调至四平以东及以北布防。除第7 旅已进入阵地外，第8 、第10旅位于喇嘛店以北，第二师位于大房身、胡家窝棚地区，第1 师位于梨树以南的平安堡、罐子洞地区，万毅纵队主力则转至四平东南下三台、遮麻上霸、小红山嘴一带。使企图向四平侧后迂回的第力军未能得逞。
与此同时，杨国夫所率第7 师于22、23两日连续向新38师太平沟阵地展开攻击。23日，该师第21旅亦进至四平东北的十里堡车站。其第61团进驻小桥子一带，配属该师的东满第67团进驻四平以北小城子铁路两侧地区。
4 月24日，新38师又以1 个营兵力向三道林子、北山我第7 旅第21团阵地进攻。第3 连官兵跃出工事，与敌短兵肉搏。激战1 小时，先后3 次反冲锋，该部歼敌cd余名，击伤新38师副师长，使该师进攻受挫。
25日，战事更为激烈。新38师再次向三道林子及北山发起残酷进攻。第7 旅和第20旅指战员抱着与阵地共存亡的决心，连续打退新38师在坦克掩护下的5 次冲击，共毙伤其300 余人。当日晚，趁新38师疲惫之机，第7 旅和第20旅主动联合出击。第7 旅第19团攻夺小孤榆树，连克3 座碉堡，收复1 座村庄。第20团亦占领任家屯，歼其一部。第20旅第58、第59团也驱逐了三道林子附近的西太平沟之国民党军。此次出击，共毙伤新38师300 余人。
新38师遭到夜袭后，26日没敢进攻。当日晚，我第7 师一部在第19团配合下，袭击了驻任家屯、牛城子新38师部队，歼其一部。新38师连遭打击后，战局呈对峙状态。
在四平北面激烈战斗的同时，新1 军在四平东南面也发动了猛烈进攻。
4 月20日，新50师在四平东南向第56国阵地发起进攻。21日，第7 旅第21团向第56团接合部防御。由于鸭湖泡防线后缩，其两侧的玻林子阵地即形成凸出。新50师为打开攻城缺口，自20日始的4 天时间里，集中100 门大小火炮，以每分钟25发炮弹的火力，向玻林子阵地猛烈轰击，其步兵在密集火力掩护下反复冲击，均被保1 团击退。为缩短第56团之防御正面以增加其机动兵力，第7 旅第21团第2 、3 营于23日进入铁路以东，协同守备四平东南阵地。
在我守城部队的顽强抗击下，新50师几天进攻均无大的进展，并遭致很大伤亡。24日，新50师第150 团集中至平东车站，由南向东迂回，冯以一部伸至半拉山门一带活动。新30师1 个也由南向东迂回，企图攻占四平东南小高地，遭打击后退回。
26日，新50师第150 团两个营约700 余人在炮火掩护下，分两路向我第56团东南高地进攻，遭第56团迎头痛击，毙伤其400 余人。此次战斗，打击了国民党军的嚣张气焰，粉碎了其从东南侧寻找弱点进占城区之企图。
至此，四平保卫战第一阶段战斗结束。
在第一阶段战斗中，国民党军集中力量先后从南、西、西北、东南多方面进攻四平，均遭到东北民主联军的沉重打击，初次尝到了“老八路”的厉害，以惨重之伤亡获得微小进展，只好转攻为防，固守待援。而在9 天保卫战的同时，东北民主联军大部队已相继到达四平地区，从东至西组成几十公里防线，保障了四平侧翼安全，调整了部署，增加了守城部队力量。
4 月26日，中共中央致电林彪、彭真：马歇尔已提出停战方案，有停战之可能。望加强四平守备兵力，鼓励坚守，挫敌锐气，争取时间。对四平守军望传令嘉奖。
就在同日，郑洞国指挥新1 军向四平城东再次攻击。但没占到便宜，丢下百余具尸体，退了回去。在城北三道林子，杨国夫指挥第7 师对新1 军的攻击进行反冲锋，这一战术在抗日战争中打日本人和打国民党杂牌军十分有效。然而对付新1 军这样装备精良、火力极强的“王牌”部队（新1 军在1944年缅北反攻作战中，就是使用这种美式装备及袭击战术打得日本最精锐的第56师团全军覆灭。当时日本人惊呼孙立人军火力强过其数倍）就没能奏效。结果在新1 军强大火力下，以双方伤亡500 人告终。
在第一阶段的四平保卫战中，民主联军的成功的经验和失利的教训是很多的。
第一阶段的较量成功地挫伤了进攻的国民党军锐气，使其再也不敢小视这些装备破旧的“老八路”了。但是经过第一阶段的作战，民主联军不善于打正规战，阵地战的弱点也完全暴露无遗。比如，不懂得正确的火力配置是普遍存在的问题。民主联军只知道向正前方射击，不知道组织交叉火力网；在防御时只管自己眼前的敌人，不知道照顾两侧的友邻部队；不懂得武器保养方法。民主联军只知道拼命的使用武器，不知道枪筒温度过高就不能使用的道理。还有就是不注意及时抢修工事造成不必要的伤亡；部队换防不巧妙，结果国民党军摸到规律，因此常遭炮击。
对比之下，新1 军则完全不同。新1 军善于步炮协同作战，炮兵火力运用十分熟练，时而打在阵地上，时而打在民主联军纵深预备队头上。但是，通过第一阶段的较量，民主联军也抓住了新1 军的致命弱点。这个弱点就是怕死，不敢近战，害怕白刃格斗（新1 军步枪大多使用冲锋枪和机枪，步兵极少），只要面对面的干上了，新1 军往往掉头就跑，根本不敢与民主联军刺刀见红。而恰恰相反的是，“老八路”英勇无畏，不怕牺牲的士气使得新军这只“王牌军”官兵为之胆寒。
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