再次是正面强攻与两翼迂回相结合。日军集中两个步兵联队在铁岭西南丘陵地带发起钳形攻势，正面用重炮轰击吸引第十五旅主力，侧翼派出一个大队沿凡河河谷迂回，企图包抄第十五旅右翼。
梁忠甲察觉到日军的意图后，命令预备队立即前出堵住缺口，右翼的机枪连在河谷里跟迂回的日军步兵打了整整一个下午，弹药打光了就用步枪和手榴弹，硬是把日军钉死在河谷入口处。
但人力终究有穷尽时。打到三月二十六日，第十五旅伤亡已近半数，弹药储备降到了危险线以下，重机枪的冷却水筒在严寒中冻裂了好几根，迫击炮弹只剩下不到两个基数。
前沿阵地上的士兵们已经连续好几天没合眼，靠着缴获的日军饼干和雪水撑着一口气。铁岭外围的所有制高点在反复争夺之后逐一落入日军手中，梁忠甲在指挥所里对着地图沉默了很久，然后拿起电话摇了各团团长的号，下令全线向沈阳一线撤退。
第十五旅按照顾长柏早就制定好的逐次抵抗方案，各团交替掩护，边打边撤。后卫部队在凡河以南的几个预设阻击阵地上重新展开，用残存的弹药迟滞日军的追击。
第七旅的部队在铁岭以南的公路上设置了破路障碍和伏击阵地，掩护第十五旅的重伤员和辎重先行撤离。
整个撤退过程有惊无险，日军虽然占领了铁岭，但推进速度被逐次阻击拖得步履维艰，预想中的追击战并没有出现，第八师团自身的伤亡也极其惨重，连续十几天的猛攻几乎打空了他们的弹药储备。
梁忠甲在铁岭失守的电报里只写了六个字：“铁岭已失，惭愧。”
顾长柏接到电报时，正在北平军分会的会议里对着地图布置增援方案。他的增援决心下得极快，赶到北平天津的第十七师和第二十一师立即北上增援沈阳方向，接替部分沈阳外围的防御阵地。
第十四师作为总预备队留驻北平，随时准备应对任意方向可能的战局恶化。
但战场局势瞬息万变，恶化来得比他预想的更快。
三月二十七日凌晨，渤海湾的浓雾尚未散尽，葫芦岛外海的日军运输舰队完成了最后的登陆准备。
联合舰队的重巡洋舰和驱逐舰对葫芦岛码头和岸防阵地进行