9日，攻城部隊(duì)渡過伊河、洛河，占領(lǐng)龍門、洛陽四關(guān)和火午站等要點(diǎn)。11日19時(shí)，未待全部肅清外圍守軍，即發(fā)起總攻，在強(qiáng)大炮火掩護(hù)下，采取連續(xù)爆破、連續(xù)突擊或以云梯登城等辦法，從四關(guān)同時(shí)攻城。

當(dāng)晚，第3縱隊(duì)第8師一部以炸藥爆破，連續(xù)摧毀18道工事障礙，首先突破東門：接著，第3縱隊(duì)主力從東門突破口進(jìn)入城內(nèi)。

經(jīng)激烈戰(zhàn)斗，擊退守軍的連續(xù)反撲，迅速向南門、北門、西門發(fā)展。12日午后，第4縱隊(duì)突破南門、西門城垣，會同第3縱隊(duì)并肩突擊，殲滅了守軍大部。第206師余部約5000人麇集十縱橫僅200米的核心陣地負(fù)隅頑抗。

在此期間，國民黨軍整編第47軍向黑石關(guān)以南實(shí)施試探性攻擊，企圖增援洛陽，被第8縱隊(duì)擊退，整編第18軍自許昌經(jīng)登封向西北方向開進(jìn)，在其統(tǒng)帥部嚴(yán)令督促下，于3月14日到達(dá)黑石關(guān)西南府店、口子鎮(zhèn)一線，會同整編第47軍增援洛陽。第8縱隊(duì)在隨后東渡伊河的第9縱隊(duì)主力協(xié)同下頑強(qiáng)阻擊援軍。

14日17時(shí)，攻城部隊(duì)集中炮火轟擊，繼以步兵勇猛沖擊，至22時(shí)全殲城內(nèi)核心陣地守軍。與此同時(shí)，城西發(fā)電廠守軍亦被殲滅，城東北九龍臺守軍投降。

洛陽戰(zhàn)役，全殲敵青年軍二○六師師部，兩個旅部，五個整團(tuán)，還有中央炮兵的四個連，獨(dú)立汽車隊(duì)第五營，俘敵一萬五千余人，打死打傷三千余人，共殲敵二萬余人。