第5纵队提前占领了丰台，受到中央军委来电嘉奖，并指示不惜任何代价坚决守住,不能丢掉。
丰台位于平汉、北宁铁路线的交叉点上,是北平外围的战略要地，也是北平守敌南逃的必经之路。丰台以北还有一个大型军用仓库，内有29座很大的库房，储有大量武器、弹药、汽柴油、白面大米、被服粮草。我师占领丰台以后，不仅断了敌人的南逃之路，还断绝了其军需供应。城内20多万官兵为了吃饭、穿衣，也要集中优势兵力拼命夺回来。一场恶战即将来临。纵队连夜召开紧急会议，动员全体官兵继续发扬英勇顽强的战斗作风，不畏艰难，不怕牺牲，做到人在阵地在，坚决粉碎敌人的反补。
时过午夜，各部队抓紧时间，边动员边抢修工事，补充人员和武器弹药，充实连队。纵队也迅速调整了兵力部署：在第一道防线部署两个师又一个团，第二道防线部署两个师（缺一个团）。第一线各师均采取纵深配备，前面两个团，后面一个，各团、营、连均如此。最北面是第15师第44、第43团，从复兴路南面的古庙开始向南延伸是第14师第40团和第13师第38团，直到最南面平汉线上第13师第39团。主阵地在丰台以东5公里的纪家庄、观音堂。就是沿现在的西三环中路(广安门以西)向南直到西三环南路拐弯处，这条和广安门城墙平行的马路(距城墙2公里左右)西侧就是第5纵队的一线阵地。这一带地势平坦，多为农田、菜地，有利于坦克运动，不利于防守。第14师(缺一个团)和独立第9师配置于第二道防线，作为纵队预备队。
我师在丰台东边的几处院落设立了指挥所，主阵地由第39团防守，第2营在观音堂，第1营第1连在铁路线上的同埠洼，第3营在沙帽园占领阵地，第1营(缺第1连)为团预备队。该团左翼和第38团阵地衔接。部队以村落、独立屋、院墙、菜窖为依托，连夜构筑简易工事，点与点形成交叉火力，每个阵地均保留足够的预备队，以便随时进行反冲击。该团领导提出，如敌以优势兵力对我分割包围，就以连、排、班各自为战，坚决不放弃阵地。团领导还进行了分工，团长到第2营，副团长在第3营，参谋长在第1营靠前指挥，政治委员留在团指挥所。
15日6时30分，天色微明，寒风凛冽，官兵们挖了一夜的工事，还没放下锹铲，敌人的第一轮进攻就开始了。敌人出动第271、第272两个师附坦克7辆，分别向据守广安门外西局、跑马场、财神庙的第15师第43团和第14师第40团发起进攻。其主力在榴弹炮群轰击后，以坦克为前导，向第43团第9连阵地发起冲击。该团第3营教导员马扶增，在第9连阵地上指挥。他身边是火箭炮班，班长陈凤祥兼火箭炮手。敌人的第一辆坦克冲上来后，在距离不到100公尺处的小桥转弯时，侧身暴露了。陈凤祥一炮就把坦克履带打断。被击毁的坦克堵住了道路，第二辆坦克上来想把它推开。这时，敌人也发现了我军火箭炮阵地，一阵火炮打过来，把陈凤祥的两条腿打断了，后面的墙也被打塌，把他俩压在下面。两人拼命爬出来，卫生员给他们包扎了伤口，第二辆坦克上来了。陈凤祥把两条腿扳住，咬着牙翻了个身，一扣扳机又把第二辆坦克击毁，但他也晕倒了。第三辆坦克又冲了上来，正在危急时刻，第9连的战士李润太和朴宪吉拿着手榴弹，对教导员说：“我们上去”。两个人向前跑了几十米，一下子跳到坦克上面。坦克驾驶员发现有人上来了，突然一停、一晃，把他俩甩了下来。李润太一个翻身又爬上去，使劲撬开驾驶舱盖，把一颗手榴弹扔进去。一声闷响过后，坦克不动了。正在这时候，第一连从侧翼增援上来，一个反击就把敌人打了回去。这时已经是上午8时多了。
11时30分左右，敌人的第二轮进攻开始了。这次敌人出动了美械装备的第94军第5师和第13军第89师,分两路向一线防御阵地正面的第39团进攻。一路先以20余门榴弹炮向第2营坚守的纪家庄、二郎庙阵地猛轰。待炮火一延伸，步兵就冲了上来。全营官兵顽强抵抗，有的阵地被突破后，预备队立即反击，进行白刃格斗。如此阵地失而复得，双方形成对峙。另一路沿着平汉铁路进攻,由装甲列车打头阵。人们都知道铁路上的装甲列车,只有三四节，配有火炮和重机枪。但这次很奇怪，装甲列车由30多节闷罐车、敞车组成，车上堆满沙袋，掏了枪眼，用小口径火炮和机枪向两侧扫射。车尾在前面，由车头在后面推着前进。官兵们以前没有见过这个东西，猝不及防，纱帽源第3营阵地被突破后，装甲列车到达孟家村团指挥所附近，掩护步兵黑压压一片上来了。
第39团阵地被分割成几大块，部队按原计划各自为战。第7连九班长姜新良带着7个战士在桑明园铁路边上扼守一座砖瓦窑，抗击敌人一个营的进攻，全班共有一挺轻机枪、三支冲锋枪和几支步枪及手榴弹。敌人的装甲列车开过来用平射炮轰击时，他们就躲到砖瓦窑里面。窑洞很坚固，炮弹落在上面只能炸飞几块砖。等到敌人的第5次进攻被打退时，全班的手榴弹打光了，姜班长就带着一个战士紧跟着敌人屁股追上去，在敌尸上收集了10几颗手榴弹继续战斗。敌人第7次进攻时，全班只剩3个人，姜班长已经负伤，其他两个战士挂了花，子弹和手榴弹也消耗殆尽(由于敌人的火力封锁，战士们无法再去敌尸上捡手榴弹)。为了保存实力，姜新良用仅有的10几发冲锋枪子弹掩护其他两个战士退到砖瓦窑后面20多米的小沟里，敌人占领了窑洞。这时，七班和八班各支援了两名战士给九班，又凑成一个仅有7人的小班。他们在第2排的火力掩护下，一个反冲锋就把占领窑洞的7个敌人全部俘虏，还缴获一挺轻机枪，并守住了窑洞。战后，姜新良被授予特等功臣，提升为排长，九班被命名为“姜新良班”。这是一个各自为战的典型战例，即使一个班、一个人也要战斗到底。
第1连打得更激烈。连长马进喜一只手打伤了就用另一只手投手榴弹,全连打退了敌人7次进攻，自己伤亡逾半，最后子弹、手榴弹打光了，就和敌人拼刺刀，硬是把敌人打了下去。正在危急关头，友军第38团支援来了，一个反击就把敌人打退，装甲列车也退走了。
15时30分，敌人的第三次进攻开始了。这次换上了第13军第4师和第92军第142师。第39团第2营首当其冲，双方反复拉锯，打得很激烈，又形成对峙局面。
敌第142师从正面沿铁路线冲击，仍以装甲列车开路，用一个营把坚守桑明园高地的第7连包围起来。第3营营长杨海水急调第8、第9连把敌人反包围起来，中间是我军第7连，外面是敌人,再外面是我军第8、第9连。我军外线部队不能使用机枪和火炮,以免打着自己人,杨营长想了个办法，要战士们把手榴弹准备好，一声令下，几百颗手榴弹同时投出去，敌人死伤一大片，我军再内外夹击，很快就把敌人全部消灭了。后来，敌人一个营在两辆坦克的掩护下，冲到第8连阵地前。经过激战，该连伤亡很大，连长魏修堤急眼了,抱着一包炸药带一个战士硬冲上去，把两辆坦克炸毁了。最后全连只剩下15个人，但还是守住了阵地。
第1连扼守第1营最前面的阵地，敌人冲上来后就把他们分割了。全连官兵人自为战，班自为战。邱指导员带着三班坚守一个高地，敌人集中了10挺重机枪向他们扫射。邱指导员身负重伤后坚持不下火线。副连长于新球，带着10几个战士退守两个大院，在院墙上掏洞作为射孔，连续打退了敌人数次进攻，他先后三次负重伤，最后因流血过多牺牲。马进喜连长利用战斗空隙进行政治动员。他说：“今天才算打上了硬仗，显出了我们的作风，就是要打这个仗，我们的阵地是敌人的鬼门关，活的敌人一个不能出去，我们只要有一口气，就要打到底”。该连还利用战斗间隙，搞火线立功入党，以鼓舞士气。最后全连只剩下20多个人，仍坚守阵地不退。
黄昏时分,一股敌人冲到第2营指挥所,副团长杨针和营长把参谋、警卫和通信人员都动员起来了，坚守一个院落，最后硬是把敌人打退了。另一股敌人则冲到孟家村团指挥所，政治委员郭宝恒指挥团部20多人，依托院墙、菜窖将敌人击退。这时东北野战军第11纵队第31师和华北军区第7纵队都赶来支援作战。17时战斗最激烈时，吴瑞林副司令员组织了两个营进行反击，把敌人打退了，装甲列车也成为我军的战利品。
当我师官兵与反扑之敌浴血苦战之际，15时30分，敌第271、第272师各一个团在6辆坦克的掩护下，向第15师第43团坚守的财神庙阵地再一次发动进攻，17时被击退。
从中午11时30分到日暮后的18时，北平守军先后出动4个主力师，在火炮、坦克和装甲列车的掩护下，两次向我师发起大规模进攻，主攻方向都是第39团坚守的阵地，最后还是以失败告终。
