王世高多次向锦州求援，国民党军派来飞机到义县上空助战，轰炸扫射攻城部队，根据这一情况，攻城部队改在夜间继续佯攻、构工，白天部队休息，而国民党军白天不敢放松警惕，每晚还要疲于应战，根本没有办法休息。27日，国民党军在飞机上向城内投了一封信，通知王世高，将于28日向城内空投弹药，暂二十师马上做了准备，在小学校标示了空投场，10点多钟，3架飞机临空，由于解放军高炮火力猛烈，飞机不敢低飞，大部分投到大凌河北的解放军的阵地内，城内的只得到一小部分。
29日，攻城部队发起了外围战斗。八师在郑家屯遭到国民党军两个连重火器的封锁，最后派人炸掉了两个大碉堡，夺取了据点。
七师二十一团、九师二十五团攻打火车站3次冲锋未果，又采取正面攻击，侧后迂回包围，仅用了40分钟歼灭了守军1个营400多人，占领了车站。30日凌晨2时，在城南外围解放军打开了突破口，国民党军急令一团二营长刘雄带人封锁突破口，城上以火力支援，结果二营长去后身负重伤，送回医院就死了。二纵队五师十四团十一连在炮火的支援下，攻克了城南外围据点老严家、老李家，歼灭守军200余人。
当天，解放军不断向城内打炮，城内守军又没有炮弹，无法还击，炮弹落在了暂二十师一团的指挥所里，将掩蔽部炸塌，团长赵振华、副团长蒋啸天被压在了里面，费了很大的劲，才被挖了出来，为了减少伤亡，赵振华下令挖掩蔽部，把人员转入地下。也就在这一天蒋介石给王世高发来一封电报“世高吾弟：义县安危，影响整个东北战局，该师连续英勇作战，殊堪嘉许，现已令锦州范（汉杰）主任大力增援，尚望勉励官兵，再接再厉，以尽全功。”顾祝同也从沈阳发来急电，要暂二十师必须坚守一个月，于是，王世高下了道训令“义县乃锦州屏障，如义县不保，锦州将垂危；若锦州失守，整个东北就完了，东北完，国家兴亡在此一战了，务必督饬官兵，坚守阵地以尽全力。如有擅自放弃阵地者，军法从事，格杀勿论。”但战至当日晚，义县外围据点多数失守了，西门外的地方部队退下来，要求进城，城内守军又怕有解放军混进来，所以不敢放行，退下的部队被收容起来，被迫退至城东、南外围工事里防守。
城外的武家小庙、关帝庙、城东南的地堡群、城东北的张家大院等处国民党军仍在坚守中，守军对部署进行了调整，每个外围据点都有1个连以上的兵力把守，他们自认为义县还能坚守10天，等待援军的到来问题不大。晚上，攻城部队又发动了进攻，以进攻城的西南角为重点，但没有取得进展。
30日，东北野战军司令员林彪下书锦州国民党军六兵团司令官卢浚泉，晓以大义，劝其停止抵抗，以免无谓伤亡，但卢浚泉拒不接受，义县外围战斗继续进行。五师十四团十连向城西南角的武家小庙发起了攻击，武家小庙距城墙150米，据点内有4栋房屋，加之地堡群形成了一个环型的支撑点，据点长宽各有50米，内有5个大碉堡21个小碉堡和4个掩体，四周挖有4米宽3米深的外壕，壕外设置有绊脚索、梅花桩、铁丝网等多道障碍，并有交通壕和暗道通向城内，在其周围有3个据点可相互支援。
12时28分，经过炮火准备，十四团发起攻击。由于三面受火力控制，兵力不易展开，十连经8次连续爆破，将5道障碍工事扫清，从西南角攻入据点，迅速攻克了5个大地堡群，全歼守军暂二十师二团二连两个排，几分钟后，城内守军组织1个排的兵力，经城内地下通道向武家小庙实施反击，以城墙上的火力封锁了后续部队，十连沉着应战，打退了3次反扑，一班长王风江将子弹打光，40多个国民党兵冲了上来，他拔掉迫击炮弹的保险销，投了过去，打退国民党军的冲锋，十连坚守了7个小时，击退了国民党军1个排至两个连的7次反冲击，毙伤国民党军450人，团里为了保存有生力量，采取加油战术，先后动用了16个班，逐次加入战斗，守住了阵地，至此，五师已全部扫清了外围据点，到达了城下。
九师二十六团在南关攻打关帝庙，关帝庙可侧防东南两侧城脚，据点工事很坚固，7次冲锋未果，伤亡很大，经调整部署，又连续4次爆破和冲击，最终夺取。八师经过激战，一举歼灭了东关的大部守军，少数守军逃向城内。城外围据点被突破，情况危急，援军迟迟不到，守军已经感到坚守无望，晚24时，王世高紧急召集各团长开会，决定突围，他认为解放军兵力正集中在锦州方向，北方一定很空虚，决定突围后向西，经朝阳转绥中、兴城一带，再靠拢锦州，因准备时间太仓促，突围时间定于10月1日天黑后行动。
10月1日晨5时30分，八师二十二团用30分钟，又歼灭了城东北角的张家大院的守军，俘30多人，攻城各部队已肃清了外围的全部据点，把包围圈已经压缩到城墙的四周。
10月1日9时30分，义县总攻开始，炮兵进行了火力准备，在城西南、城南和城东开了3个40～48米的口子，城墙上的碎砖石在缺口处堆起了一个斜坡，10时炮火延伸，攻城部队及时在障碍物中开辟通路，10时30分了发起了冲击。五师十三团一连仅用4分钟登上城头，二连也相继登城，抗住了守军1个连的反冲击，乘胜占领了大庙，巩固了突破口。警卫连和七连各以一部兵力分别沿城墙向城东、西两侧扩大突破口。
11时20分，二营从二连突破口进城后，在一营右翼加入战斗，一营乘胜攻占了胡家大院暂二十师一团的指挥所，而后，二连向鼓楼方向继续攻击，一连沿街向北发展进攻。三营在一营的左翼加入战斗，沿西城墙向北发展进攻，在一连的协同下，于西门的东北侧，歼守军山炮营，俘200余人，接着向北门进攻。
12时许，二营四连在一营二连的协同下，穿墙打洞，将仁老汇面庄暂二十师指挥所200余人歼灭。接着一、二营又攻占了鼓楼。九师二十五团一连由两个班担任外壕架桥任务，为部队进攻开辟通路，班长吴新禄带伤率领全班冒着炮火通过了开阔地，迅速架好了桥，当突击部队通过时，桥被炮火炸断，吴新禄跳进壕里，用双手和头托起桥板，一直坚持到生命的最后一刻。
二排谢来堂首先冲向了城垣，打退守军的反扑，掩护后续部队登城，战后二十五团一连记集体一大功，被师授予“义州突破连”称号，谢来堂荣获“登城英雄”称号，吴新禄追认为“架桥英雄”。八师二十二团三连二排仅用5分钟就冲过了250米的开阔地，二排长孟庆印、副班长曹水河、战士王耀东灵活避开侧射火力，率先冲向突破口。
三连主力迅速抢占了突破口两侧有利地形，巩固扩大了突破口，先后打退守军的多次反扑，以火力掩护团主力进城，战后师授予三连“尖刀直入，三建奇功”锦旗一面，排长孟庆印记两个大功，授予“尖刀英雄”称号。全团进城后，展开了巷战。二营沿玉皇庙侧后直插北街，向大佛寺发展进攻，三营在后跟进，一营向西南发展，沿东街直插鼓楼，二营主力攻占大佛寺后，向西发展。八师二十四团突入城后，连夺2个地堡，俘80余人，又攻下了县政府。
东北野战军在围攻锦州的同时，另以两个纵队配置于锦州西南的塔山、高桥地区，阻击由锦西、葫芦岛方向援锦之国民党政府军队。这是东北野战军第四纵队某部副团长江雪山在塔山阵地传达上级的战斗命令各部队进城后，大胆穿插分割，将一个个据点攻克，最后守军残部全部逃向西街的三义胡同和大佛寺，王世高见大势已去，给兵团司令卢浚泉发了最后一个电报：“该师自战斗开始，在解放军的强大攻势下，官兵上下无不全力应战。
我云南键儿，日夜奋战可谓不负军座之望。
解放军已冲杀到指挥所门口，喊杀声、叫话声，闻之激奋，还步步为营，始终抱宁死不屈之志，固不投降，奈孤立无援，赤胆忠心献党国，呜呼！全军将没，鞠躬尽瘁，死而后已！”当部队刚突入城垣之际，解放军的大炮首先发言，炮口吐着火舌，炮弹呼啸着飞向目标，以排山倒海之势，轰响在敌人的炮楼、城墙、城门及各主要据点。
敌人的炮楼，设在高高厚厚的义县城墙的周围。大小一样，间隔不等，一个个成鼓形凸出城墙外，一半高过城墙，一半贴在城墙上；炮楼里设有小钢炮、机枪、步枪等，每座炮楼都可以三面射击，形成火力交叉，又有其他火力的配合，天上还有飞机，另外叫人想不到的是城墙里头还垒上了暗堡，从而构成了密集的立体火力网。解放军的重炮把义县城墙轰开一个大豁口后，为继续发挥火力，保证攻城部队向敌纵深攻击前进，炮兵司令员朱瑞撂下他那特有的又粗又长的双筒望远镜，上前对攻城总指挥韩先楚说：
“我到前面去看看！”
“不行，现在打得正激烈，你不能去！”韩先楚的回答没有商量的余地。
朱瑞恳切地说：“我去看看城墙有多厚？看看多少炮弹才能打透，看看这种城墙到底怎么打法更好？看看刚才我们的弹着点还有些什么问题……。”
韩先楚虽为所动，但仍摇头。朱瑞继续恳求：“不必担心我的安全，这个时候炮兵司令不到第一线，战士们可是要多流血的啊！”
此刻，韩先楚没吱声，朱瑞认为那是默许。
此时，城南门已被解放军占领，那里敌人的火力已经解除，朱瑞和警卫员、通讯员一起，朝着正冲南门的一条低洼的马车道往前走。走着走着，敌人一挺机枪忽从城门旁边向他们凶猛地扫射起来。他们蹲下、卧倒后，朱瑞惦记着身后的战友，他扭头往后一瞅，发现身后紧靠自己的警卫员所在地点的地势较高，很危险，就一面招呼、一面侧身伸手去拉他，不料，这一动弹，身旁一颗地雷受到触动而猛烈轰响！朱瑞被呼地崩起挺高，随行的几个人心头一震，不顾枪林弹雨，急忙起身把他抱起来，一齐呼唤着：“朱司令员，朱司令员！”但朱瑞没有应声，他牺牲了。
他是唯一倒在黑土地上的解放军高级将领。
朱瑞的遗体被抬回攻城指挥部，韩先楚沉痛地向在场的人说：朱司令曾出国留过学，学习过军事，担任过中共山东省委书记，到部队担当领导工作后，不仅打仗勇敢，指挥靠前，屡建奇功，而且很有智谋，待人和气，爱兵如子，是我军炮兵部队的重要缔造者之一，是我党少有的人才。昨天晚上，他还和我开玩笑：“我提前申请，打下义县，请把我那台破吉普车给换换新！”想不到，此刻他竟离开了我们！他才四十挂零，党和国家正需要他！这是多么大的损失啊！……在场的指战员都知道，解放军从出山海关时一个赤手空拳的炮校，到进山海关时金戈铁马的炮队，解放军这支最强大的炮兵发展壮大，都倾注着朱瑞的心血。
义县南关，炮兵司令牺牲处，摆放着一副灵柩，攻城指挥部将负责从这里用火车把灵柩送回哈尔滨安葬。
一辆六匹马拉的炮车，装载着炮兵司令的遗体前行，后面跟着一长列的步兵战士，许多市民也成群结队来送葬。
车站到了，部队向炮兵司令的遗体告别。攻城总指挥韩先楚和炮兵的几位首长一起把灵柩从炮车上抬下来，然后又抬到月台上，并在月台上举行了庄严的遗体告别式。
韩先楚在告别式上发表了讲话。
“朱司令，你的血洒在义县城郊，激励我们去进行解放锦州的攻坚战，我们一定要踏着你的血迹前进，用最短的时间攻克锦州。全东北的解放不远了，朱司令安息吧！朱司令永垂不朽！”
乐队奏起哀乐，在哀乐声中，韩先楚等人把灵柩抬上临时改装的灵车，怀着悲痛的心情，脱下军帽，向他们的战友作最后的告别。火车也发出了哀鸣，载着烈士的遗骨徐徐北去。
中共中央在唁电中指出：“朱瑞同志在中国人民解放军炮兵建设中功勋卓著，今日牺牲实为中国人民解放事业之巨大损失，中央特致深切悼念，望转告全军继续为革命战争的彻底胜利而奋斗，以纪念朱瑞同志永垂不朽！。”12月1日，义县人民在朱瑞牺牲地立起石碑一座，刻记碑文，以示哀悼，永志不忘。1957年5月7日，朱瑞牺牲地被定为锦州市重点文物保护单位。
义县的解放，扫清了锦州的外围屏障，为最后攻克锦州奠定了坚实的基础。攻克义县的战斗，东北野战军成功发挥了炮兵的作用，运用了近迫作业、步炮协同、加强纵深战斗等战术手段，这些都为后来攻克锦州提供了宝贵的经验，同时攻克义县，威慑了锦州守军，增强了东北野战军攻锦的战斗信心。
激战白老虎屯
义县被攻克，只是扫除了解放军外围战斗的一个障碍，最激烈的战斗，发生在白老虎屯。