为了减少设在井陉矿区的我西北集团军炮群，以及石家庄东北的制高点云盘山我军火力支撑点的威胁，鬼子在进攻方向上作了调整，主要从石家庄正北、东南、正南三个方向上作为主攻方向。第22师团派出一个骑兵大队，伪军派出一个伪满洲国骑兵团，向石家庄西面发动佯攻，旨在牵制我西北集团军的炮群，减轻攻城日军的压力。
第101师团在石家庄城北方向展开，除了师团所属的炮兵联队外（三十六门75山炮与十二门75野炮），又额外加强了一个独立野炮联队（三十六门120榴弹炮与十二门75野炮），再加上各个步兵联队所属的炮中队（四门山炮）和一个步兵炮中队（四门步兵炮），日军炮火在局部占有绝对的优势。还加强了两个战车大队，有89式、94式坦克86辆。
110师团在石家庄的东南方向展开，加强了一个独立野战重炮兵联队（二十四门150重榴弹炮），一个迫击炮大队（中型迫击炮三十六门），一个毒剂吹放大队，一个工兵大队，一个战车大队，有97式坦克44辆。可以说，在日军侵华以来的历次战斗中，火炮的密集程度都没有像现在这样稠密，日军要志在必得，不惜一切代价也要夺取石家庄，进而沿正太线向山西进攻。
石家庄的守军利用鬼子暂停进攻的七天时间，通过由西北集团军炮群保护的西面补给线，迅速地补充足了所有物资。将所有的伤员都通过正太铁路，迅速后送到设在山西阳泉的野战医院，做好了长期巷战的一切准备。华北集团军司令员钟国兴，又给石家庄加强了两个团的兵力，并且告诫王志勇师长，一定要做好“四防”工作，尤其是防化学，鬼子有可能狗急跳墙释放化学毒剂，你部一定随时保持警惕，要做好相应的准备工作。
我军除了少数监视敌人的部队，全部进入地下防炮隐蔽所。将放弃的阵地内外，设置了大量的诸如铁蒺藜、陷阱、三角钉等障碍物，同时也布下大量的防步兵雷和防坦克地雷。摆设了大量的假人、假炮、假坦克，给敌人先布置了一个迷魂阵。
抗战时的石家庄并不很大，几乎没有什么高大建筑，也没有地下排污水的管网系统。因此，不能像苏联发生过的斯大林格勒战役中，苏军利用城市下水管道穿插到敌后，神出鬼没地打击敌人。华北集团军司令员钟国兴，派来集团军参谋长齐卫东任第10师军事顾问，因为齐卫东是来自未来的战士，熟知中国抗日战争史和二战史，对城市的攻防战术颇有研究，作为守备部队的军事顾问是再合适不过的。
1938年6月28日清晨，饱经战火蹂躏的大地，在晨曦中微微挺起胸膛，飞鸟似乎也感到了浓浓的杀气，悄声匿迹没有用欢快地鸣叫迎接新的一天。上午8时整，日寇的炮火开始了急袭，各种口径的炮弹密集地落在我军的阵地上，石家庄城内也是硝烟弥漫。密集的炮弹不断地落下，房屋不断地在爆炸中倒塌，好在我军事先已经做好了防炮的准备，尽管日寇的炮火比较猛烈，给我军造成的伤亡并不大。
在地下指挥部里，王志勇师长和齐卫东参谋长，通过电子屏幕注视着地上的情况，命令云盘山我军的火力支撑点，首先开炮对敌人的炮阵地进行压制，迫使敌人不得不分出部分火力对付云盘山的我军。部署在第二道防线的我军炮火，也开始了全面地反击，集中轰击敌人进攻可能的出发地域。双方都是经过一周的补充，兵精弹足跃跃欲试，激烈的炮战持续了一个小时。
三十多架敌机也飞临石家庄上空，俯冲投弹扫射忙得不亦乐乎，但是威胁的地域十分有限，因为这些敌机已经吃够了，我军高射机枪和高射炮的苦头，时刻注意避开石家庄城内和云盘山我军的防空火力。尽管如此，还是有七架大意了的飞机被击落。炮击还没有停止，日军就开始了冲锋，日军分别从城南的东三教、东南的头岭、城北的柏林庄三个地点同时实施突破。每一波都投入一个大队的兵力，在二十几辆坦克的掩护下，以及工兵携带着炸药和云梯，开始了连续的不间断的进攻。
穿墙侧面迂回的鬼子步兵，也同样遭到了沉重打击，我军以战斗小组为基本单位，同鬼子玩起了捉迷藏。一群鬼子想翻墙进入院子，刚刚露头就被一梭子子弹打了下去，接着又飞过来几颗手榴弹，又被炸倒了五六个鬼子。待到鬼子们反应过来，一边往院子里丢手榴弹，一边破门一拥而入，院子里却空空如也，只是院墙根有一个仅能钻过一人的洞。正在楞神间，从洞的那一边伸过一支短枪，哗地就是一梭子，又被撂倒了四五个人，接着又是几颗手榴弹飞过来，一群鬼子没剩下几个了。
我军在巷战中应用短枪和手榴弹，翻墙越户占了很大的便宜，到处都在灵活机动地打击敌人，使妄想侧面迂回鬼子死伤惨重。但是，鬼子不断地增加兵力，战线仍然缓慢地向前推进，在付出巨大代价后，已经深入城内达两公里。我军贯彻的是“能打则打，打不了则退”的方针，在大量消耗敌人的同时，尽量保存自己的实力，用优势的火力杀敌而不同鬼子死拼。
到了晚上，装备有夜视系统的我军59式坦克出动进行反击，装甲运兵车随后将突击队运到敌后，白天没有参加战斗以逸待劳的步兵，佩戴夜视镜也加入反击，打得鬼子焦头烂额。有点像夜间黄鼠狼捉鸡，敌人成了瞎子聋子，几乎是任由我军宰割，很快将鬼子挤出城区，恢复了白天失去的阵地。经过几次反复的争夺，鬼子的伤亡十分严重，相比之下我军付出的代价要小得多，而且伤员和烈士的遗体，每晚都有直升机直接空运到后方，使一线部队始终保持旺盛的战斗力。
就在双方争夺进入白热化的关键时刻，冈村宁次为了扫荡冀东的我东北集团军，夺回被我东北集团军切断的补给线，决定抽调第2106两个师团，关东军抽调一个混成旅团和伪满洲国军一个师，从南北夹击我东北集团军，消除对补给线的威胁。这样一来，由于作为预备队的第21师团被调走，进攻石家庄的鬼子兵力大大削弱，走投无路而狗急跳墙的鬼子，又想起了卑鄙无耻的下三烂战术释放毒剂。
气体毒剂的作用时间并不长，受风向和风力的影响较大，鬼子之所以没有释放杀伤力更大的芥子气，是想通过毒气对睡梦中的我军造成杀伤后，即展开进攻来扩大毒气袭击的战果。王志勇师长命令出动所有59式坦克，立即对在东南方向的日军展开夜袭，同时作为对日军释放毒气的报复，向北面滹沱河两岸的鬼子发动化学武器袭击，出动一个团的兵力将鬼子赶回滹沱河北岸。
由于第21师团被调离，剩下的两个师团都伤亡过半，尽管冈村宁次又调来临时拼凑的一个独立混成旅团，以及两个独立步兵大队，仍然没有再继续向石家庄攻击的能力了，只能将石家庄形式上三面包围，但却是处于被动地防御状态。
经过半个月浴血苦战的我军，人员伤亡已超三分之一，终于顶住了日寇的攻击，度过了防御战最艰难的时刻。目前整个战线呈现胶着状态，在战略上十分有利于我军，同时我坚守石家庄的守军，也获得了喘息休整的机会，耐心地等待着反攻时机的到来。