1945年3月23日，华北战场反攻态势全面铺开，遵照战前拟定的冀中平原反攻作战总部署，第53集团军总司令郑洞国，正式将集团军前敌总指挥部从后方太原迁移至前线石门。
前线指挥部前移，彻底摆脱了后方远距离指挥的滞后弊端，能够直面冀中平原战场，实时接收一线战报、动态调整作战方案，全方位统筹麾下第3军、第98军及配属重炮部队的全部作战行动，为接下来横扫冀中日伪军、强攻保定重镇做好指挥保障。
此次冀中反攻投入前线作战的共有4个主力师，分别是第3军第7师、第12师、第34师，以及第98军新编第37师。4个师统一执行满编标准，每师额定编制18000人，为保障后方补给线、看守后方转运物资、维护收复区域治安，每师抽调2000兵力留守原有驻地，真正开赴冀中前线参与五城攻坚、合围保定的作战兵力，每师实到16000人。
4个师前线参战总兵力合计64000人。而当面之敌，正是盘踞冀中各县、隶属于日军华北方面军第114师团的分驻守备部队。第114师团自1944年调入华北冀中地区驻防以来，拆分下辖多个独立步兵大队，分兵驻守灵寿、行唐、曲阳、唐县、顺平五座冀中咽喉县城，每座县城搭配城外连环碉堡群、交通壕、野战工事构建完整防御圈，同时配属不同数量的伪军警备队协助防守，妄图依托据点群死守冀中防线，阻挡我方反攻大军北上逼近保定。
3月25日，经过两日紧锣密鼓的战前集结、弹药补给与战术推演，第53集团军从军部指挥层，一直到最基层的步兵营、步兵连，全部完成战前战备工作。
全军迫击炮、轻重机枪、步枪弹药足额配发，攻坚爆破组、火力支援组、步兵突击组全部编组完毕。各师严格划分留守与作战序列：每师留守2000人组成后方守备支队，负责看守后方仓库、警戒交通要道；剩余16000名战斗人员全部整理装具，配齐攻坚器材。
为彻底隐蔽大军北上的作战意图，规避日军日间侦察机、地面侦察小队的探查，郑洞国下令全军所有前线作战部队，于当日夜间22点统一出发，关闭所有电台静默行军，借着漆黑夜色与冀中平原的风沙掩护，分四路纵队，向着五座日军驻防县城隐蔽开进。
冀中平原地势平坦开阔，无山地密林作为天然掩护，日军依托平原路网修建了密密麻麻的防御据点。沿途每隔2至3公里，就有一处日军小型据点，每座据点修建1至3座钢筋混凝土碉堡，搭配环绕式交通壕、铁丝网、地雷区。据点内日军守备兵力规模不等，最小守备单位为1个日军分队（13人），大型据点驻守1个日军小队（54人），每处据点都搭配1个排至1个连的伪军协防。
放在抗战前中期，缺乏重火力的我方部队想要拔除这类平原碉堡据点，只能依靠步兵冲锋肉搏，势必付出极其惨重的伤亡。但经过数年整编升级，华北战区一线部队已经完成标准化火力配置：步兵连标配60毫米轻型迫击炮，负责近距离压制碉堡射击孔；步兵营标配82毫米中型迫击炮，用于摧毁据点外围工事、铁丝网与交通壕；步兵团直属120毫米重型迫击炮连，专门攻坚坚固主碉堡。实战数据证明，120毫米重型迫击炮弹装药量大，爆炸冲击波与破片杀伤范围，完全不输日军制式105毫米榴弹炮，足以正面击穿日军普通钢筋混凝土碉堡，彻底瓦解平原碉堡防御体系。
行军途中，各路先锋部队16000人的作战梯队一路边清剿沿途据点边稳步推进，采用标准化攻坚战术：遇中小型碉堡，先由营属82毫米迫击炮实施精准点射，摧毁碉堡外露射击孔与外围防御工事；若碉堡墙体加厚、82毫米迫击炮无法破防，立刻呼叫团属120毫米重型迫击炮就位，一发重型炮弹便可直接炸开碉堡墙体，配合步兵爆破组肃清残余守军。一路行军作战，全军拔除沿途日军大小据点47处，歼灭日伪军1100余人，未耽误整体行军进度，于3月26日拂晓，四路部队准时抵达各自攻击目标城下，五城同步攻坚战正式打响。
一、第7师李世龙部：强攻灵寿县城，击溃日军第114师团步兵第104大队
负责主攻灵寿县城的是第3军第7师，师长李世龙。该师满编18000人，留2000人驻守原防区，投入灵寿攻坚的作战兵力16000人。灵寿县城是此次反攻作战最西侧的攻击点，驻守敌军为日军第114师团步兵第104大队，外加1个伪军警备团，总守备兵力日军820人、伪军1200人。日军大队长依托灵寿低矮城墙，在城外修建了8座外围碉堡，分为前沿一线阵地，城内依托城墙构建二线防御阵地，同时囤积大量弹药与粮食，计划固守至少10天，等待保定日军主力南下增援。
3月26日清晨6时，天色微亮，第7师率先发起进攻。师属120毫米迫击炮连先行开火，首轮炮火精准覆盖城外8座外围碉堡，2座普通碉堡直接被炮火夷为平地。日军立刻组织步兵小队出城反扑，试图夺回外围阵地，李世龙当即下令营属82毫米迫击炮实施拦阻射击，密集的迫击炮弹落在日军冲锋路线上，日军冲锋队形瞬间溃散，死伤超过200人，残余日军仓皇退回城内，紧闭城门死守。
白天日军依托城墙火力疯狂压制我方冲锋步兵，第7师官兵暂缓强攻，白天稳固前沿阵地，划分16000作战兵力分区布防，一部分持续监视城头，一部分开挖逼近城墙的隐蔽战壕，一部分整理弹药、检修迫击炮。3月26日深夜，第7师组织3支百人突击队，借着夜色掩护突破城墙薄弱地段，攻入城内展开巷战。日军步兵第104大队擅长街巷防御，依托民房构建火力点负隅顽抗，但伪军战斗意志极差，遭遇我方近距离火力压制后迅速溃逃，大批伪军直接放下武器投降。
激战至3月28日正午，第7师16000攻城部队彻底肃清灵寿城内全部残敌，击毙日军大队长以下官兵317人，俘虏日军209人，全歼伪军警备团，剩余少量日军残部仓皇向行唐方向逃窜。灵寿县城率先被攻克，彻底打开了冀中反攻西线通道，李世龙留下少量部队接管城防，主力继续向东推进，配合中路友军施压行唐县城。
中路左翼主攻行唐县城的是第3军第12师，师长寸性奇。全师编制18000人，分出2000人留守后方，投入行唐作战的兵力16000人。行唐县城防御强度高于灵寿，驻守敌军为日军第114师团步兵第105大队，日军兵力910人，搭配1个加强伪军营共计650人。日军在此修建了冀中一线最坚固的子母碉堡群，城外主碉堡墙体厚度达到40厘米，普通82毫米迫击炮无法击穿，日军指挥官自诩防线固若金汤。
寸性奇作战素来勇猛沉稳，没有急于让步兵冲锋，而是将16000人的作战部队拆分部署，炮兵单位靠前抢占高地，步兵分三线梯次排布。全师迫击炮部队分层展开：60毫米迫击炮靠前压制城墙火力点，82毫米迫击炮清理外围子母堡副堡，120毫米重型迫击炮集中火力，轮番轰击核心主碉堡。连续12发120毫米迫击炮弹精准命中主碉堡，厚重的混凝土墙体彻底崩塌，日军核心防御点彻底报废。
3月27日全天，第12师稳步拔除城外全部野战工事，持续压缩日军防御空间。3月28日下午，寸性奇下令全线总攻，步兵部队借助炮火掩护，架设云梯登城。守城日军依托城墙缺口拼死反扑，双方在城墙之上展开白刃战，第12师16000官兵久经战阵，白刃战战力远超日军，连续击退日军5次大规模反扑。
激战至3月29日傍晚，行唐县城宣告攻克，日军步兵第105大队基本被全歼，击毙日军官兵422人，俘虏日军186人，伪军全员投降。中路左翼防线彻底打通，第12师主力随即向曲阳方向推进，与第34师形成夹击之势。
中路右翼主攻曲阳县城的是第3军第34师，师长公秉藩。该师额定18000人，除了2000兵力留守后方补给据点，奔赴曲阳前线的作战部队共计16000人。曲阳地处五城中心位置，是日军五城防御体系的核心枢纽，驻守兵力最强，部署日军第114师团步兵第106大队，日军兵力950人，外加1个伪军警备团1300人，同时配备2门九二式步兵炮，是五座县城中唯一拥有重型支援火力的日军守备部队。