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事實上，在4月3日這一天，真正與華軍坦克部隊發生大規模戰斗的是紅軍少將索連京指揮的機械化第３軍坦克第２師。該師編有２個坦克團（第３、４團），１個摩托化步兵團（第２團），１個摩托化炮兵團（第２團），擁有約２０輛超重型坦克，一些“－３４”坦克，以及約８０輛左右的“”快速坦克。1944年4月3日，坦克第２師在克利涅河橋頭堡附近，與正在行進中的華軍摩托化第４１軍裝甲第６師縱隊在一個名叫奧特雷薩的小村發生了遭遇。雙方的３００多輛坦克在狹窄的地域內進行了中蘇戰爭史上的第一次大規模坦克遭遇戰。與紅軍坦克第２師遭遇的中國裝甲第６師是一個在輕裝師基礎上組建的裝甲師，師長是馬文峰中將。在對蘇戰爭開始時，裝甲第６師主力坦克第１１團編有３個坦克營（第１、２、６５坦克營），在戰爭開始時擁有２４５輛坦克，其中裝備85毫米炮的“行者”坦克２０輛，裝備100毫米炮的“行者”坦克１６０輛，其余為坦克殲擊車和指揮坦克。在該師編成內還包括２個齊裝滿員的摩托化步兵團（第１１４、４團）和１個摩托化炮兵團（第７６團）。與紅軍坦克第２師相比，裝甲第６師在坦克數量上處于２：１的優勢地位。但在坦克質量上也更勝一籌。當紅軍坦克部隊向華軍隆隆駛來時，華軍的坦克炮和反坦克炮輕易的把１輛輛裝甲薄弱（車體正面裝甲只有１５毫米）的“”快速坦克打癱，但當華軍的這些火炮在５０至１００米距離射擊那些體形巨大的超重型坦克時，命中坦克的穿甲彈雖然將其裝甲板打的火光、鋼花飛濺。但卻根本無法穿透其正面裝甲，甚至無法使坦克起火燃燒。一門華軍的１５０毫米自行榴彈炮在“天啟”坦克開到距離其不到１００米時開炮轟擊，重達４０公斤的炮彈直接命中了這輛坦克，巨大的爆炸使蘇聯超重型坦克車體劇烈搖晃，整個車身仿佛就要散架。可令當時在場的華軍第４１摩托化軍軍長王超勇將軍感到大為震驚的是。這輛蘇聯坦克在停了數秒鐘后，竟然奇跡般的再次開動起來，并將剛才射擊它的自行火炮打了個粉碎。在戰前深信自己握有坦克質量優勢的華軍裝甲部隊官兵被這種新式俄國坦克所震撼，約４０輛中國坦克和１８門火炮被蘇軍擊毀。摩托化第４１軍編成內的另一個裝甲師——資格最老的第１裝甲師也遇到了相似的情況。當該師的坦克在大約８００米的距離上開炮射擊蘇聯超重型坦克時，竟然沒有任何效果。而當雙方的坦克群間的距離拉近至５０至１００米時，中國坦克發射的炮彈仍被蘇聯超重型坦克堅固的裝甲彈了回來，一輛蘇聯超重型坦克前后中彈達７０多發，卻仍然未被摧毀。盡管蘇軍的超重型坦克具有性能上的優勢，但紅軍畢竟缺乏訓練和實戰經驗，他們的坦克被展開在過于寬大的正面，彼此間由于無線電設備的缺乏而難以聯系。而在戰火紛飛、硝煙彌漫的戰場。正在浴血奮戰的蘇聯坦克手也很難通過觀察坦克指揮官手中的信號小旗來協同作戰。指揮上的困難使蘇軍坦克難以組織起像中國那樣的大坦克群，因此只能把部隊分成一個一個的小坦克群，并且在寬大的正面使用。這就使紅軍的坦克攻勢無法形成數量優勢，給予對方以更有力的打擊。中國人當然不會放過對手的任何弱點。就在蘇聯坦克從正面發動兇猛而缺乏組織的攻擊的同時，死死抵抗的中國人正以另一個裝甲師的兵力運動到紅軍的側翼發動打擊。將蘇軍趕進了茫茫荒原。
富于坦克戰經驗的中國裝甲部隊充分的利用了他們的各種優勢（包括通信，訓練等等），熟練的運用各個軍兵種的兵力兵器進行著緊密的協同以反擊蘇軍的進攻，其熟練程度令人嘆為觀止。中國空軍發揮了巨大的作用，戰前就受過打坦克專門訓練的空軍投射手們利用N5“蜻蜓”戰術攻擊機對蘇軍超重型坦克進行精確的轟炸。在中國飛機兇狠的打擊下，一輛一輛裝甲厚重的蘇聯超重型坦克被接二連三的擊穿擊毀。不可一世的裝甲巨獸變成了一堆廢鐵。與此同時，華軍坦克也向蘇聯超重型坦克的行動裝置射擊，打斷其履帶。而訓練有素的華軍戰斗工兵則爬上不能動彈的蘇聯坦克，用集束手榴彈或者將其徹底炸毀。紅軍坦克第２師遭受了巨大的失敗，戰場上到處都是被擊毀并熊熊燃燒的蘇聯坦克殘骸，該師師長索連京少將也于4月6日戰死。盡管取得了勝利，但被新式蘇聯重型坦克所震撼的摩托化第４１軍軍長王超勇仍感到心有余悸。他后來回憶道：“從戰術上看，4月4日是非常緊張的一天。”遠在后方的中國陸軍總參謀長蔣百里也在日記中評價：“這一天南方地段的蘇軍。打得頑強而激烈。”不過需要指出的是，雖然蘇軍的反攻遭到了徹底失敗。但此時橋頭堡的戰斗還未完全結束。在4月4日到5日，蘇軍第２坦克師１輛殘存的超重型坦克擋住了第６裝甲師的補給通道。
和“”重型坦克相比，蘇聯人的這種超重型坦克裝有2門大口徑毫米榴彈炮。之所以采用這樣大口徑的火炮，其目的是為了能夠摧毀敵方堅固的防御工事。但這也使坦克的炮塔變得特別巨大，不僅導致車體行動不便，而且看上去宛如一座移動的堡壘。為了消滅這輛擋住去路的蘇聯“怪物”坦克，華軍不僅出動了大量坦克，并且派出了工兵爆破組，甚至動用了師屬的150毫米自行榴彈炮。結果，他們卻在蘇聯超重型坦克大口徑重炮的打擊下，損失了７輛坦克、１個反坦克連和４輛坦克殲擊車。１２輛裝甲車也被擊毀。雖然這輛頑強的蘇聯超重型坦克最終被多達５０輛的中國100毫米炮型“行者”坦克和2門150毫米自行榴彈炮聯合擊毀，但由于它的阻擋，卻遲滯了第６裝甲師兩天的行動。
南線殘酷的裝甲戰斗還在繼續著。在4月3日進攻中幾乎毫無建樹的蘇軍機械化第１２軍在4日晨受到了方面軍司令部繼續進攻的命令，但只有其所屬的坦克第２３師的一個坦克團在步兵第９師的掩護下執行了這一命令。中國的反坦克部隊和第一航空隊聯手重創了這隊蘇聯坦克。到黃昏來臨時，蘇軍６０％的參戰坦克已被華軍的反坦克炮和轟炸機炸毀。坦克第２３師殘部只得向東北方向撤退。第二天。此前因為沒有燃滑油而在4日沒有出動的坦克第２８師終于領到了油料。在師長切爾尼霍夫斯基上校的指揮下，該師投入了戰斗。但此時戰場形勢對蘇軍已大大不利，各路反攻部隊都已被擊退。孤立無援的坦克第２８師和坦克第２３師一樣，在進攻中被華軍的坦克炮、反坦克炮和空軍擊毀了大量坦克。僅僅在4月5日進行的一次長達４小時的坦克戰中，該師便損失了４８輛坦克。坦克第２８師最終也只得后撤。蘇軍坦克部隊的反突擊作戰至此宣告失敗。
紅軍損失了大量坦克和其它兵器。按中國方面的統計，僅僅摩托化第４１軍就消滅了１８０輛蘇聯坦克，其中包括２９輛“”重型坦克。而中國空軍第１航空隊則宣稱到７月１日止，他們的飛機（主要是N5“蜻蜓”戰術攻擊機）已經干掉了２５０輛蘇聯坦克。
取得勝利的摩托化第４１軍向位于西特瓦納河的古特拉城挺進。在該摩托化軍的左翼，進展順利的薛鎮遠正驅使摩托化第５６軍拼命向西特瓦納河挺進。在道路缺乏的情況下，為了保證部隊的行進速度，薛鎮遠讓他手頭唯一的裝甲師——裝甲第８師沿著公路開進。摩化第３師則走公路以南路況比較差的道路。而步兵第２９０師則跟在機動部隊后面掩護其安全。
在行進中，摩托化第５６軍沒有遭遇紅軍的大規模反擊。雖然在其通路上，蘇軍第８集團軍的一些部隊進行了頑強的抵抗，但中隊還是在4月6日抵達古特拉附近的西特瓦納河。為了奪取河上通向城市的公路橋，華軍派出了內務部的特種部隊。這些人偽裝成蘇軍傷兵。乘坐繳獲的２輛蘇聯卡車混入蘇軍運輸車隊。但在開近大橋時，他們被蘇聯哨兵識破并遭到射擊。這些特種部隊開著卡車強行沖上大橋，消滅了隨時準備炸橋的蘇軍哨兵并切斷了爆破裝置的電線，占領了這個渡口。靠著他們的配合，華軍順利的渡過了西特瓦納河，其裝甲第８師進至古特拉城外。摩托化第５６軍得以建立起橋頭堡。這樣一來。紅軍東北方面軍不僅在反突擊中遭到了失敗，而且其在西特瓦納河一線組織起有效防御的計劃也破產了。
在中路的中國裝甲部隊取得勝利的同時，掩護其兩翼的２個集團軍也取得了不小的進展。在西北集團軍群右翼。第１６集團軍早在4月3日就占領了奧列格斯克。而左路第１８集團軍下屬的第３８軍步兵第２９１師則在突破國境線后，在３４小時內穿插４４英里，兵臨紅旗里海艦隊基地古里耶夫城下，包圍該城并很快發動了進攻。
為了確保拿下這座蘇聯海軍基地，中國統帥部為中將指揮的步兵第２９１師配屬了大量加強部隊，其中包括１個機槍營、１個摩托車連、１個輕型自行高炮連、１列裝甲列車和３個炮兵營、１個列車炮連（２個１５０毫米加農炮營、１個２１０毫米加農炮營、裝備406毫米列車重炮的第６９０列車炮連）。１個空軍偵察機中隊。
蘇軍在古里耶夫城的守備部隊包括杰達耶夫少將指揮下的蘇軍第８集團軍步兵第６７師的５３００余人，以及克文斯基海軍上校領導的海軍基地守備隊。總的兵力只有１３０００人，在人數和火力上都處于絕對劣勢。但這些部隊仍然進行了殊死抵抗。雙方在城內發生了激烈的巷戰。給華軍造成嚴重的人員傷亡。4月8日，華軍終于占領了古里耶夫，該城的守備司令杰達耶夫本人在此前的4月5日戰死，而他的部下有些一直堅守到了4月9日。在華軍第１軍和第２６軍進攻下的交通樞紐奧倫堡，戰斗同樣激烈。從4月7日華軍攻入城市。到4月10日蘇軍放棄奧倫堡前，紅軍的守備部隊重創了擔任奧倫堡主攻任務的華軍哈薩克部“草原”集團軍群（隸屬于第１軍，指揮官哈空木中將）。
在連續丟失古里耶夫和奧倫堡后，蘇軍里海艦隊只得冒著中國空軍的猛烈襲擊，撤退到了巴庫。在古里耶夫。該艦隊損失了4艘驅逐艦和６艘潛水艇。
到4月5日，華軍西北集團軍群已經在蘇聯境內推進了８０至２５０公里。
但出乎中國最高統帥部意料之外的是，在反擊失利，華軍全面推進的情況下，蘇軍西南方面軍并沒有像他們事先估計得那樣死守里海地區，而是迅速進行了全面撤退，其速度每晝夜達３５至４０公里。事實上蘇聯在戰前吞并這一地區的目的。無非是要獲得一塊掩護腹地的緩沖地帶而已。從4月9日開始，西南方面軍下屬的第８集團軍和第１１集團軍分別向北、南兩個不同的方向退卻，在其間出現的大缺口使已經渡過了恩巴河的華軍第４裝甲集群得以更為順利的進攻。尤其是負責掩護的紅軍第１１集團軍，此時已經陷入了無指揮狀態。
乘此良機，4月15日。華軍摩托化第４１軍的先頭部隊在克服蘇軍坦克部隊的抵抗后，在附近的鐵路沿線，還繳獲了一列滿載新式坦克的蘇軍軍列。
為了保住受到中國裝甲部隊威脅的斯大林格勒，紅軍只得將從莫斯科軍區抽調來的步兵第４１、２２軍，以及從斯大林格勒調來的機械化第１軍投入戰斗，并以這３個軍組成了新的第１１集團軍（第１１集團軍原有的部隊被編入第２７集團軍）。他們和新組建的其它部隊的任務。是拼死擋住中國第４裝甲集群通向用斯大林本人名字命名的這座城市的道路。
紅軍在里海地區的撤退組織得混亂不堪，大量部隊在不知道應該撤退到什么地方、應該從哪里渡河的情況下和難民一道，在中國特工和破壞人員以及當地民族主義者的不斷襲擾下。亂哄哄地盲目退卻。但在中國人看來，與其他方向的蘇軍相比，紅軍東南方面軍的撤退居然還算是比較成功的。這里的部分原因在于這個戰區的中國裝甲部隊在缺乏步兵配合的情況下，往往讓已經被截斷了后路的蘇聯軍隊從華軍松散的戰斗隊形當中“漏”了出去，有時華軍摩托化部隊即使搶占了渡口，也無法截住蜂擁而來的蘇軍。正如當時指揮摩托化第５６軍的觀察員所描繪得那樣。快速行進中的中國裝甲部隊根本沒有時間和兵力來肅清戰區內的敵人。因此在西北集團軍群的作戰地域內，雖然繳獲了大量武器裝備。俘虜人數卻非常少，到4月8日僅有約12000人。
更糟糕的是，由于害怕部隊受中國第９集團軍近距離合圍的威脅，巴甫洛夫還下令將第１０集團軍調到突出部中部進行防御，這樣不僅使蘇軍在后方沒有足夠的兵力去對付快速推進的中國裝甲摩托化部隊，同時還把更多的部隊裝進了中國人預定的“大口袋”之中。
東方方面軍如此漏洞百出的反擊計劃，在執行上同樣極為困難。先不去說預定投入反擊的部隊是否還有時間去領取彈藥、油料，偵察敵情、地形，修理那些快要報廢的舊坦克。事實上，準備投入右翼反擊的２個蘇聯機械化軍中，機械化第１１軍的部分兵力早在4月2日就已經投入了與中國第９集團軍的作戰，其所屬部隊中只有坦克第２９師趕到預定地點，而坦克３３師則在３５公里以外，摩托化第２０４師以及軍部更是遠在７０公里以外。另一個機械化第６軍則還待在進攻出發陣地以南４０公里。方面軍左翼的機械化第１４軍也是在開戰第一天就陷入了苦戰。
由于從戰爭爆發時起，東方方面軍就未能與所屬部隊建立起有效的聯系，司令員巴甫洛夫只得親自去部隊布置任務。可在他離開司令部后，東方方面軍、甚至莫斯科的斯大林都無法與他本人取得聯系。東方方面軍的情況變得更加混亂，預定開始的反擊因此遲遲未能發動。
