由于腾冲城北为地势开阔、水网密布的稻田，难以接近城垣，中国军队除留下少量警戒部队外，主力均转向城墙西、南、东三面，以南城墙为主攻方向，按南城门至北城门的中轴线分界，以54军攻击西城区，53军攻击东城区。第20集团军总司令霍揆彰通令部队：“先入城占领据点，待于立稳脚跟而继攻克城墙者，总部赏洋十万元，并制赠荣誉旗一面;又有功勋官长，准报请军委会核奖或请颁发勋章。”此时，预2师部队在来凤山上休整，担任预备队。4团9连机枪手陆朝茂站在山上，看着空军向城墙投弹之后，步兵在一片喊杀声中如潮水般冲向城墙和城外的工事，但是每次都被日军密集的火网挡回来。“我们的装备不算好，没有什么重武器，要么靠近城墙安放炸药，要么等着飞机炸才能打开城墙。”陆说。给炸弹安上“刺刀”腾冲城坚硬巨石被覆的城墙，令巨型炸弹也遇到了难题。据美军飞行员克利福德·隆回忆：8月3日，在得知我们扔下的炸弹被坚硬的城墙巨石反弹到离城墙几十米外爆炸而无法炸塌城墙时，地面的勤务人员想出了一个办法——他们在炸弹上绑上磨尖的钢条，犹如给炸弹安上了“刺刀”。这样，当我们在飞机上扔下炸弹时，“刺刀”就能牢牢“钉”在巨石上，准确地炸毁城墙。后来，我清楚地看到我扔下的炸弹把南城墙炸开了一个缺口……至8月5日，西、南、东三面城墙先后被炸开13处豁口(后腾冲城垣共被炸开豁口19处)。但日军据守残破城墙拼死不退，我军攻城部队前仆后继猛攻，战况至为惨烈。据日军战史载：“8月6日19时(日本时间，当地时间为17时)，美军飞机32架来袭，地面之中国军同时开始猛烈炮击，向南门及西南角攻来。凄惨的近战在狭窄的地区执拗地反复着。中国军可以反复攻击，而守兵则无力更换。随着伤亡的增加，反击力量急剧下降。”在如此刺激自尊心的电报面前，指挥官们只能沉默无言、咬牙发愤继续严督部队攻击。终于，9月7日，中路第198师率先扫清西城残敌抵达北城墙下，又奉命折向东部，与推进较缓的第53军合力围歼最后的日军。日军发起“自杀式攻击”9月11日，我军继续缩小包围圈，将残余的70余名日军压迫在城东北李家巷附近的几处民宅内。在距火线仅80米的地方，太田大尉下令烧毁军旗烧毁密码本，破坏无线电机。13日，我预2师第5团团长李颐爬上一段竹梯，侦察墙内院落内的敌情，被日军狙击手开枪击中头部牺牲。李颐团长年仅而立，死后被追晋少将，为腾冲攻城作战中我军阵亡的最高指挥官。
几天后，和顺少年尹文和家住进一位20多岁的女子，不时地哭喊着：“还我的人来!”后来他才知道，她就是李团长的新婚夫人。5团副官吴堪捧着两罐咸姜和辣酱，站在一边默默流泪，这些东西是几天前夫人在漕涧托他带给团长的，只差一天团长却未能吃到。13日夜，大雨如注。日军在李家巷、东城墙下杀害了部分慰安妇后，太田大尉下令分散突围。14日凌晨，太田率日军一部发起“自杀式攻击”，被我歼灭于腾冲城东北角一处院落(原腾冲富商李佩宅);一部从东南城墙的一处豁口突出城外，后面跟着二三十名慰安妇，却遭到饮马水河残余日军的射击，两股日军自相残杀。其中，18名慰安妇向我军拦截部队求救，其余日军向东南、西北方向分散逃窜，被我派出的追击部队零星歼灭于各处。据参与追歼残敌的116师、预2师战报统计，最后突围的日军居然多达百余人，但能逃出活下来的为数寥寥。战局的一个重大变化8月13日，腾冲战局发生了一个重大变化，却不为我及时掌握。当日，美军出动18架战机对城中心大堡垒群俯冲投弹，在东城门洞中指挥作战的日军守备队长藏重康美大佐及其手下共32名官兵，均被炸塌的城门掩埋毙命。作战初期即损失最高指挥官和骨干军官，日军死硬顽抗到底的意志并未稍减。据日军战史记载，太田大尉负责指挥后，感到在我军以优势火力压制打击下艰难防御非常憋气，发电请求上峰允许自己率残部突出城外，向我军发起主动攻击。这样固然痛快，但无疑是加快了送死，军司令部仍电令其负隅死守，以拖延时日。但援军迟迟无法到来，令腾冲日军感到绝望，士气逐渐低落。虽然我第36师、第116师主力已在城垣上占据立足点，但此时城外日军仍占据着东北角的拐角楼村、西门外的英国领事馆、东门外的东方医院等据点，我攻击力量不敷使用。8月15日，休整两周后的预2师以一部扼守来凤山，主力加入攻城战斗，攻占南门以西城墙两处缺口，肃清城墙上残敌。
每日战斗进程仅以米计8月20日16时，预2师第4、5团各一部率先下城，开始进入巷战。日军两年来在腾冲城内修筑了无数明碉暗堡，在很多房屋墙根挖掘了暗道彼此沟通，设置了火力点，构成交叉火网。我攻击部队沿街巷推进，处处遭敌狙杀。不得已放弃通道，转入残破的民居，与日军隔墙对峙，伺机以美式火箭筒、手榴弹等破墙推进，每日战斗进程仅以米计。21日，腾冲日军兵力已减至640人，其中含伤员100余人。8月25日，霍揆彰电令此前在龙川江之线担任警戒的第130师，以两个营仍担负原任务，其余均开赴腾冲东门外，加入攻城作战。此后，第54军与第53军以南门至北门中轴线为界，在西城、东城展开竞赛式巷战。由于部队推进太慢，霍揆彰于当日发出严电，云：……目下困据城内之敌，能作战者不过三百余人，我围攻部队之兵力与火力依最低限度计算，亦在十余倍以上。纵令残敌如何顽强，工事如何坚固，安有不能一举歼灭之理?而时日稽延、大功未成者，全在我各级指挥官无必胜之信念与必死之决心耳。言念及此，能无惭悚?小编推荐：外媒眼中淞沪会战：日不宣而战 死者堆积如矮墙郭勋祺：被史沫特莱评“最见识超群”的国军将领日军少将小笠原数夫：座机被中国空军在孝感击落
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