第一集團軍重炮團按照李雲龍的命令將重炮推進至泰安南城外高地，炮口直接對準城牆，完成測量校準之後，炮擊正式開始。
榴彈炮重點轟擊城牆，山野炮一部分打城牆，另一部分打城內的縣衙總指揮部。
沉悶的炮聲一聲聲傳到直魯軍士兵的耳中，士兵們軍心開始動搖。
不一會兒，重炮便把泰安南城城牆炸開了一道口子。
“報…報告總指揮，南門城牆被炸開一道兩丈寬的口子，目前北伐軍仍在轟炸之中。”
“立刻派人出城修補城牆缺口，快！”
“是，總指揮。”
剛一齣城的直魯軍，還沒把沙袋放好，幾發炮彈便落在了人群中央，瞬間原地開花，被炸的血肉模糊，剩下的人哭爹喊孃的向城內跑去，再也不敢出城修補。
泰安城內守軍原本就是兗州城敗退下來的直魯軍嫡系第1師為主，配合地方守備部隊，此時已如同驚弓之鳥，外援斷絕，城牆已被炸開缺口，士氣瞬間跌到谷底。
從下午5時開始，不斷有士兵趁著夜色用繩子向下墜城出逃，直奔北伐軍陣地投降，城內不少新徵的新兵，看見如此血肉模糊的場面，直接躲在民房之中不肯上城頭防守，督戰隊連殺好幾名逃兵，依舊止不住潰散的趨勢。
當然，泰山山頂的兩個營，700餘人的警戒隊日子也不好過，第2師第6團派出一支小分隊，沿著山間小路向上不時的摸哨，打冷槍，偶爾還吹幾次衝鋒號，搞得警戒隊以為自己被團團包圍住了，絲毫不敢正常觀測北伐軍炮火座標，向城內傳遞。
4月21日夜，北伐軍各部藉助夜色的掩護連夜向前推進，龔兵營悄悄在南門西側挖掘爆破坑道，不斷向南牆城腳之下推進。
炮兵團更是藉助月光開始校準射擊諸元，炮口方向死死對準城牆南門方向，那兩丈寬的缺口，第1至第6團也各自組織好了400人的敢死隊，士兵們個個把大刀磨的血亮，手榴彈全部擰開，手槍全部壓上子彈。
4月22日凌晨5點30分，李雲龍在南門前沿指揮所內下達總攻命令！
隨即炮兵團率先發起進攻，24門重炮突然發出震天動地的轟鳴！集中轟擊南城牆中段那道兩丈寬的缺口，守軍大多數在睡夢之中，突遭成排的炮彈襲擊，頓時被嚇醒，慌忙想要後撤，但是督戰隊又把他們強行壓了回去。
炮擊僅僅持續了30分鐘，南城牆的缺口便被擴大至了四丈有餘，城牆兩側的碉堡也被北伐軍盡數摧毀。
塵土散去，北伐軍的衝鋒號驟然響起，敢死隊率先跳出出發陣地，向著城牆缺口猛衝，其餘士兵也不甘落後，跟著敢死隊的步伐向前衝鋒。
衝至城牆缺口時，缺口兩側殘存的守軍機槍立刻噴出火舌，此時火力已經大大降低，絲毫壓制不住敢死隊向前衝鋒的勢頭。
僅僅只用了十餘分鐘，敢死隊便衝上了缺口的頂端，與城內守軍展開了白刃戰，寬厚的大刀向前揮舞，誰見了都害怕，十路軍的拼殺技術，
遠遠不及北伐軍的破鋒八刀，金屬的碰撞聲刺耳，慘叫聲淒厲，北伐軍前仆後繼的向前衝，很快便攻進了城內，直魯軍本就士氣低落，眼見城牆已經失守，紛紛向後逃跑。
北伐軍第1師後續部隊源源不斷的從缺口內入城，沿著南大街向城中心推進，幾乎是同一時間，第2師攻破了東門，第3師突入了西關，三路大軍同時入城，巷戰隨即在全城展開。
施從兵在指揮部內聽聞東南西三門已被北伐軍攻破，匆忙收攏師部衛隊與殘部，準備向北門突圍，想要沿公路逃往濟南。
“快，收攏殘部，隨我從北門突圍。”
“是，總指揮。”
施從兵這一走，城內瞬間失去統一指揮，大部分直魯軍士兵只敢從民房窗戶裡向外放冷槍，只有少數嫡系部隊依託街口街壘與工事頑強抵抗。
北伐軍各營各團軍官幾乎都是帶頭衝鋒，勢頭無可比擬，很快便把守軍壓縮至了城內縣衙。
各團迫擊炮向著縣衙內不斷轟炸，守軍頑強抵抗，激戰至上午10時，縣衙內最後一股殘兵舉白旗投降，泰安城宣佈光復。
施從兵帶著殘部剛衝出北關不久，沿著公路向濟南逃跑的途中，突遭第22師迎頭痛擊，22師早就派兵在公路兩側埋伏，重機槍從左右兩側瘋狂掃射，突圍的隊伍瞬間被打散，兩側士兵隨即發起衝鋒，直魯軍士兵紛紛丟下武器投降，施從兵在幾名輕微的掩護下，騎著馬拼死衝過火力網，狼狽的向北逃竄。
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