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决定先发制人，主动向日本守军发起攻击，收复车站、机场等战略要地。当时日军的主力部队大部分调往北平参战，天津只剩步兵三个大队、临时航空兵团和七十九联队直属步兵五个小队。
战斗在7月28日夜间打响，我军同时向天津总站、东站、东局子兵营、飞机场及海光寺驻军发起进攻，准备把各处之敌分割包围，逐个消灭。东车站作为日军的军用库和兵站，打得尤为激烈。日军凭借高处坚固的工事顽强抵抗，我军几次冲锋，伤亡巨大。飞机场被我军攻陷后，停在停机坪上的飞机被我军泼上煤油连续烧毁了十几架。困在海光寺的日军指挥官香月清司急命北平部队回津支援，并命临时航空兵团对天津进行大规模轰炸。