凌晨4时整，勉强渡过了喘息时期且逐渐恢复了战斗力的苏军新西伯利亚方面军开始从深藏不露中露出了狰狞，刚刚被斯大林晋升为上将的方面军副总司令朱可夫集结了开战以来苏军最强大的炮兵群对东北军进行炮火打击。位于城市北部的苏军各个炮群阵地上几乎平均每隔10米便布置了一门火炮，其中包括500多门口径75mm以上的M-1938式122mm榴弹炮、M-1942式76.2mm野战加农炮以及200多辆车载BM-13“喀秋莎”多管火箭炮。在苏联红军炮兵部队总司令兼苏联红军副总参谋长瓦连佐夫上将的指挥下，苏军炮群对攻入城内的东北军以及东北军后续部队展开了排山倒海般的地毯式炮火覆盖；重炮部队损失惨重但死而不僵的东北军西路集团军群立即不甘示弱地猛烈还击，在东北军炮兵部队总司令吴克仁中将的指挥下，东北军集结了四个独立重炮团以及各个步兵部队所属炮兵营的600多门各口径火炮和120多辆“天火”多管火箭炮对苏军炮兵部队展开铺天盖地的奋勇还击。世界上火炮数量排名第一和第二的两国军队一口气投入了一千五百多门大炮进行了一场空前规模的大炮战，已经被夷为平地的整个新西伯利亚霎那间地动山摇。惊天动地的大炮怒吼声中，方圆几十公里内双方交战区所在的大地和天空统统都在这场“钢雨”中被炸入了一片火海中。
阴霾密布的氤氲天空中，双方高密度高数量火炮所轰射呼啸出的一道道赤红色炮弹尾迹如蜘蛛网般纵横交错地覆压天际，犹如血染的天际间，密密麻麻的双方银色战鹰犹如一团团金属乌云轰鸣呼啸，令人眼花缭乱目不暇接的大量战斧军徽和红色五角星军徽上下飞旋翻腾，新制投入战场的一架架苏军“雅克-1”战斗机、“米格-3”战斗机与东北军的Fw-190战斗机、“猎隼”中型战斗机、“战鹰”高空截击机、“猎隼-3”重型战斗轰炸机遮天蔽日地在天幕云层间拼死缠斗绞杀，以争夺制空权，空中战机密度之高甚至发生了双方战机相撞的事件；双方轰炸部队的“伊尔-2”强击机、“佩尔-2”轰炸机、“猎隼-2”火箭攻击机、“金雕”俯冲轰炸机、“鹈鹕”中型轰炸机、“秃鹫”重型轰炸机则在战斗机的护卫下猛烈攻击轰炸对方的装甲部队和炮兵部队。地上炮群怒吼、战车咆哮，空中机群呼啸、炮弹横飞，被击落的双方战机拖着烈焰浓烟犹如流星陨石般不断坠地，被炸毁的双方火炮和坦克漫山遍野地熊熊燃烧，尸骸狼藉、黑烟冲天，一起构成了这场立体三维的空前大厮杀中。
苏军此时不但在炮兵和航空兵力量都得到了飞速加强，而且在步兵和坦克以及后勤辎重上的实力也迅猛增加。由中亚方面军、高加索方面军部分部队、伏尔加河方面军部分部队混合组编的第六十八集团军、第六十九集团军、第七十集团军以及苏军大本营战略预备队最精锐的近卫第五装甲集团军正在陆续开赴向新西伯利亚，使得苏军新西伯利亚方面军兵员总数增至四十八万（之前已经有17.5万苏军葬身在了战役中或受伤、残废）；超过2亿5000万发子弹、100万枚手榴弹、300万发炮弹和地雷等军械辎重（极大部分由美国本土军工企业制造）以及超过1000辆最新生产的T-34/76坦克、T-34/85坦克、“斯大林”重型坦克、美制“谢尔曼”中型坦克也在源源不断地运往向东方前线，投入到对东北军的反攻战役中。
7月20日下午，苏军以近卫第五装甲集团军副司令员科恩特鲁雪夫中将率领的第22机械化军为突击力量，协同马林诺夫斯基中将的第十八集团军在炮兵和航空兵的驰援下，猛烈进攻新西伯利亚东部的卡缅卡、沃斯霍德等东北军侧翼突出部，东北军第五装甲集团军龙云峰中将所部的第5装甲军和文盛少将所部的第25军立刻果断地猛烈反击，双方旋即展开了苏军和东北军的第一场坦克大战；而与此同时，苏军第五装甲集团军总司令员普希金中将则指挥着苏军主力第23坦克军在北部扎通斯基村横渡鄂毕河，逆袭向新西伯利亚城西北部凸出部的东北军第十集团军。新西伯利亚的战局顷刻间峰回路转，所有认为胜利已经指日可待的东北军高级将领都陡然都感觉到自己低估了苏军以及苏联。
在22日熊岛的苏军最高会议上，逐渐看到希望和转机的乌博列维奇上将的蓝色眼睛里射出了自信而喜悦的光芒，他听完各部的战况汇报后快步走向电话机，通过直通线接通了莫斯科的苏军大本营。一分钟后，乌博列维奇上将和斯大林进行了战事汇报：
“斯大林同志，我是乌博列维奇，新西伯利亚的全面反击战已经打响，虽然东北军依旧进行了十分顽强的抵抗，但是战事的主动权已经在慢慢回到苏联红军的手中了。”
听筒里传来了斯大林那带着浓重高加索口音的声音：“对这一情况我感到十分的由衷高兴。我祝同志们取得成功，请替我向每一个红军指战员问好。”
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