3月27日拂晓，新编第37师南北双向同时发起进攻，让日军首尾不能相顾。城外碉堡群被各层级迫击炮快速清除后，步兵部队快速登城，攻入城内。

被切断退路的日军困兽犹斗，发起疯狂自杀式冲锋，陕军官兵依托街巷工事固守，配合迫击炮近距离火力覆盖，大量杀伤有生力量。

激战至3月29日下午，唐县日军全军覆没，日军步兵第107大队被彻底全歼，无一支完整建制突围，击毙日军官兵451人，俘虏日军153人，伪军大部分战场起义，唐县顺利攻克，大军兵锋直接直指最后一座县城顺平。

最后一座目标顺平县城，驻守日军为日军第114师团步兵第108大队，日军兵力790人，伪军800人。此时灵寿、行唐、曲阳、唐县四座县城全部失守，顺平日军早已军心涣散，周边战场溃败的残兵全部收拢至顺平城内，城内总残敌兵力达到日军1200余人、伪军1500余人。

前线总指挥唐唯源抓住战机，传令参战的4个师的前线主力分四路合围顺平，每一路部队死死锁死一个出城方向，不留给日军任何突围机会。

3月31日清晨，四路大军同步发起总攻，各师山炮团，一共108门75毫米山炮，还有大量的60毫米迫击炮，82毫米迫击炮以及120毫米迫击炮同时开火，顺平城墙防御工事短短半小时就被炮火摧毁大半。

城内日军无心恋战，组织两次大规模突围，均被外围数倍于己的我方部队猛烈打退，城内伪军率先崩溃，大批伪军主动打开城门投降。

4月1日傍晚，顺平县城被顺利攻克，日军步兵第108大队被全歼，击毙日军964人，俘虏日军两百余人，伪军八百余人。

至此，短短7天时间，第3军3个主力师配合第98军新编第37师，4个师各出16000人参战，合计64000前线精锐，连战连捷，接连收复灵寿、行唐、曲阳、唐县、顺平5座冀中关键县城，彻底击溃日军第114师团分驻五城的5个守备步兵大队，歼灭日军合计1943人，俘虏日军997人，歼灭及收编伪军共计4200余人，彻底扫清保定外围所有前沿县域守军。

五城全部收复之后，4个师64000名前线作战官兵一路北上，沿着平原公路全速向保定推进，沿途再也没有成规模的日军守备部队能够阻挡大军攻势。各师留守驻地的2000守备部队则同步接管5座县城城防，维持地方秩序、看管俘虏、转运缴获物资，保障前线补给线路畅通。