为后续的全面肃清奠定了坚实基础。
与此同时，东线联军在收复沈阳后，立即展开四面出击。李辰下令，派遣第一坦克师、两个合成师、一个炮兵旅与一个运输旅共6万人，组成西进兵团，从沈阳出发，沿着铁路向呼伦贝尔草原快速推进，目标直指矶谷廉介率领的最后7万日军——这是关东军仅存的重装兵团，一旦歼灭，东北便再无日军主力部队。
西进兵团的推进速度惊人，500辆灰熊主战坦克开路，碾压过日军的零星阻击，65公里/小时的时速让日军根本无法组织有效防御。炮兵旅的重炮在行进中对日军的防御工事实施远程打击，防空旅则构建起立体防空网，防范日军的零星空袭。运输旅的卡车源源不断地运送弹药与燃油，确保部队的攻势不减。
此时，西路联军（八路军+晋绥军）在得到李辰支援的重炮与空中支援后，已将矶谷廉介的7万大军压缩在呼伦贝尔草原中部的海拉尔、满洲里一线。矶谷廉介的部队经过长期消耗，伤亡惨重，弹药匮乏，士气低落，得知东线联军的西进兵团正在逼近，更是陷入了绝望。“前后夹击，这下彻底完了！”日军参谋们看着作战地图，脸上满是绝望。
八月下旬，东线西进兵团与西路联军在海拉尔外围会师，完成了对矶谷廉介7万大军的合围。联军总兵力达到25万，兵力优势超过3:1，火力优势更是悬殊——第一坦克师的500辆灰熊坦克、500门105毫米以上重炮、以及数百架飞机轰炸，形成了全方位的火力覆盖。
合围的第三天，联军便发起总攻。东线的灰熊坦克群从正面突破日军防线，105毫米滑膛炮将日军的坦克、碉堡一一摧毁；西路联军的步兵在重炮掩护下，从侧翼发起冲锋；伞兵部队则在日军后方空降，切断其退路。日军试图发起反击，但他们的反坦克武器无法击穿灰熊坦克的装甲，重炮也被联军的炮火压制，只能被动挨打。
矶谷廉介试图组织部队突围，但联军的包围圈如同铁桶一般，根本无法突破。日军的冲锋在联军的火力面前如同飞蛾扑火，成片的士兵倒在冲锋路上。
山猫步兵车与多功能步兵车在战场上来回穿梭，肃清残余的日军抵抗力量；伞兵部队则对日军的指挥部发起突袭，摧毁其通讯系统。
经过三天三夜的激战，矶谷廉介的7万大军被彻底歼灭——日军伤亡5万余人，被俘2万余人，矶谷廉介在指挥部内自杀身亡。随着这支部队的覆灭，关东军最后的重装兵团消失殆尽，东北境内再无成建制的日军主力部队。
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