刘志丹率领第3军，是沿着河北和山东交界处，一路向德州前进。本来他的部队装备了大量卡车，可是这一带糟糕的地形，尤其是小河流非常多，卡车的行进速度反而更慢。
因此刘志丹决定徒步行军，同时他命令一个团跟随车队的轻重在后面跟进。自从打完防御作战，刘志丹所部一直没有大的战事。大反攻的凯歌奏响后，他的部队也没有顺利投入战斗。当初刘伯承率部攻打了焦作，好歹捞到仗打。自己一直没有作为，为此他曾数次向司令官王德彪请战。本身王德彪就郁闷着，试想想他能有好果子吗？
终于有了战斗任务，而且一上来就是大决战，刘志丹自然兴奋异常。刘志丹命令先头部队快速增援德州的同时，他命令第8师直接插向衡水，目的是在野外歼灭日军。
增援的先头部队到达战场，是4点30分，比计划提前了半个小时。情况十分危急，部队到达战场，立即从西南方向发动了进攻。城外突然爆发激烈的枪声，城内军指挥部内闻听都神情一振。
“我们的援兵到了！”聂荣臻大声喊道。军部内所有人欢呼起来，大家纷纷拥抱在一起，眼泪打湿了衣襟。短短的三天时间，仿佛有三年那般漫长。伴随城外枪声更加猛烈，进入城内的日军攻击停止，接着开始撤退。
日军师团长山本有介，正在指挥所部全力攻城，他心里清楚，无论付出多大代价，也要从新占领德州。目前从沧州而来的日军师团，接受了他的指挥，因此他决心今天天黑前一定要拿下德州城。
虽然天亮了，敌人的轰炸机群又赶来支援，可是部队已经攻入城中，轰炸机的支援效率大打折扣。原因是轰炸机无法对城内实施轰炸，那样会误伤的。山本有介看到了这一点，因此白天拿下德州城没有问题。
山本有介对攻城部队下了死命令，黄昏前一定要拿下德州城，为此他命令从沧州而来的第51师团，要投入全部力量。西南方向突然传来猛烈的枪声，山本有介最后的希望破灭了。
“报告将军阁下，西南方向出现大批中国援兵，他们从侧翼发动了猛烈的攻势！”一名浑身是土的军官狼狈的进来报告。山本有介大惊，立即命令前线部队撤退。日军攻城部队接到命令，慌忙从城区开始撤退。
山本有介还算明智，没有下令向衡水撤退，而是命令所部和51师团会和向沧州撤退。山本有介经验丰富，他知道这支中国军队在德州顽强抵抗三天，绝不是等待援兵哪嘛简单，因此他明智的下令向沧州撤退。
本来刘志丹期望在德州和衡水之间，消灭日军主力，可是穿插到衡水附近的第8师先头部队报告，没有发现日军向衡水撤退，刘志丹判断日军向沧州撤退了，他命令部队尾随日军向沧州方向追击。
中午时分，刘志丹率领军部人员进入德州城。沿途日军士兵阵亡的尸体和我军士兵
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