保定外围南北两条平原公路，是日军两路驰援部队抵达保定的唯一必经通道。新编第13军军长张世希率领50000名全军将士，提前12小时抵达阻援预设战场，依托道路两侧土坡、灌溉沟渠、村落废墟构筑3道完整纵深防御阵地，全线严阵以待，彻底切断日军所有驰援通路。
全军兵力分工清晰明确：张世希亲自率领30000主力部队驻守南线防线，专门阻击从石家庄北上的日军第27师团和伪军30000援兵；副军长带领剩余20000兵力驻守北线防线，阻拦从北平南下的日军独立混成第15旅团和伪军20000援兵。
南北两道防线相隔20里，能够随时互相策应，阵地前沿大面积埋设反步兵、反坦克地雷，挖掘数道横向反坦克壕沟，彻底断绝日军装甲车辆通行空间。
傍晚17时，南线远方尘土漫天，日军第27师团先头搜索大队率先抵近国军前沿警戒阵地。日军前卫骑兵小队刚刚踏入地雷区，连环地雷接连起爆，数十名骑兵连人带马被炸翻，残余日军慌忙后撤，立刻向师团本部汇报前方存在大规模国军阻击阵地。
日军第27师团师团长落合甚九郎中将站在高处，望着眼前连绵起伏、工事密布的国军防线，眉头紧锁，对着身旁参谋沉声说道：“支那部队早有埋伏，这条公路走不通，立刻命令先头2个步兵联队和治安军发起冲锋，撕开正面防线，尽快赶往保定支援114师团。城内沼田德重麾下日军只剩残兵，还有大批靠不住的伪军，拖久了必定失守。”
话音落下，日军2个步兵联队分成多路纵队，向着新编13军南线第一道阵地发起冲锋，轻重机枪、掷弹筒同步开火，密集火力压向国军战壕。
张世希立于后方高地指挥，看着潮水般冲来的日军，拿起电台话筒高声传令：“各师机枪连全部上架，迫击炮排自由覆盖敌军冲锋集群，步兵连稳住战壕，等鬼子冲到50米内再集中反击，节约弹药持久作战！分出宣传小队，战后收容日军溃散士兵，不必赶尽杀绝。”
南线国军全线火力瞬间铺开，上千挺轻重机枪同时咆哮，漫天弹雨泼向冲锋日军；各营迫击炮排不间断发射炮弹，在日军冲锋队列中央炸开连片爆炸，冲在最前方的日军成片倒地，攻势瞬间受挫。日军连续3次大规模冲锋，全部被国军火力拦在阵地前方，尸骸铺满公路两侧田野，始终无法突破第一道战壕。
北线战场同步打响，北平开来的独立混成第15旅团和伪军共20000人抵达防线前沿。日军旅团长田中少将见南线友军久攻不下，便打算集中全部兵力偷袭北线阵地侧翼，妄图绕开主阵地绕道驰援保定。
可北线新编13军副军长早有预判，预先在两侧小道布置伏兵，日军迂回部队刚钻进小道，两侧伏兵瞬间杀出，机枪、手榴弹四面夹击，偷袭日军伤亡过半，狼狈退回主干道，再也不敢分兵穿插。
天色入夜，两路日军援军轮番发起十余次冲锋，始终无法突破新编13军构筑的3道纵深阵地。日军兵力损耗严重，南线第27师团伤亡5000余人，北线独立混成第15旅团伤亡3000余人，弹药消耗过半，士兵疲惫不堪，进攻势头彻底枯竭。
日军指挥官连夜互通消息，得出统一结论：正面国军5万兵力防御坚固，短时间内不可能打通道路，只能原地构筑临时阵地对峙，等待后续补给与增援，再也无法按时抵达保定解围。
张世希站在南线高地，望着日军停止进攻、就地休整的营地，笑着对身边参谋说道：“沼田德重还在城里眼巴巴等援军，殊不知他的援兵已经被我们死死卡在半路，一步都前进不了。城内日军只剩八千多残兵，伪军溃散大半，单凭他们自己，根本撑不住多久。只要我们守住这条要道，第53集团军就能安心全歼城内敌人。”
参谋翻开战报汇报：“军长，全天阻击作战，我军伤亡不到3000人，日军两路合计伤亡8000余人，弹药储备已经见底，今夜不会再有大规模进攻。另外我们截获日军电报，他们已经放弃强行突进，转为就地固守对峙。”
张世希点头下令：“各部连夜加固战壕，补充弹药，分出巡逻队彻夜警戒，防止日军趁夜色偷袭。另外多设劝降标语，动摇日军军心，长久耗下去，崩溃的一定是他们。”
外围阻援战场彻底形成僵持，日军两路援兵寸步难行，完全丧失驰援保定的能力。城内沼田德重苦苦等候的援军遥遥无期，3支步兵联队每日持续减员，伪军大批量投降溃散，城内防线不断向内收缩，覆灭只是时间问题。
加急捷报很快送入望都第53集团军总指挥部，郑洞国看完战报，当即传令攻城各部，连夜加大推进力度，不给城内日伪军任何休整喘息的机会。
得知新编第13军完全锁死外围援军通道，郑洞国不再保留预备兵力，全线调整攻城部署。西线、北线原本负责封锁的第三军抽调第7师全部兵力入城，配合98军开展多路巷战；装甲旅分出40辆坦克驶入城内宽阔主干道，利用车载重机枪清理街道大型日军火力点；战区重炮师调整射击坐标，只针对日军师团司令部、弹药储备仓库、联队指挥部等核心目标精准炮击，最大限度减少平民与民居损毁。
城内局势早已一边倒，伪军第6集团军剩余12000人彻底失去战斗意志，国军宣传兵沿街喊话，大量伪军成建制放下武器走出街巷投降，单日投诚伪军超过3000人，剩余少量顽固伪军被日军裹挟困守核心区域。
城南主战场，吕公良新29师直面冈村胜实步兵第66联队。经过半日持续清缴，66联队控制的街区已经缩小三分之二，配属伪军全部溃散投降，联队长冈村胜实大佐身边仅剩不足800名残兵，轻重机枪弹药彻底耗尽，只能依靠刺刀、掷弹筒拼死抵抗。国军步兵依托两侧民房迂回穿插，切断联队指挥部与基层大队的联络，短短1小时，66联队残兵被分割成数段分段歼灭。绝境之下冈村胜实亲自持刀带队突围，刚冲出巷口就被国军机枪火力锁定，中弹当场毙命，城南日军防线彻底崩溃，数千名伪军就地放下武器投降。