戰鬥持續到傍晚。
37旅團八千餘人被壓縮在公路兩側不到兩平方公里的區域內，彈藥消耗大半，傷亡超過三千。山田在最後一次突圍中被流彈擊中重傷，由參謀長接替指揮。
天黑後，殘餘日軍約四千人拼死向南側突圍，撕開一個口子，逃出伏擊圈。馮張二人沒有追擊，就地打掃戰場。
至四月十三日拂曉，公主嶺伏擊戰結束。37旅團被殲約四千人，重傷旅團長山田以下被俘三百餘人，逃出的約三千人倉皇向長春方向逃竄。
日軍第十九師團主力在37旅團被伏擊後，不敢再冒進，就地構築工事等待援兵。第二十師團從東南方向趕到，兩個師團合兵一處，約兩萬人，在公主嶺以南展開。
但重炮沒到。
南滿鐵路被馮張二人破壞後，日軍重炮旅團的列車無法通行。鐵軌被拆毀，橋樑被炸，工兵日夜搶修，進度緩慢。重炮旅團的二十四門150毫米榴彈炮和十二門105加農炮困在瀋陽以南，動彈不得。沒有重炮，日軍只能用山炮和野炮轟擊公主嶺陣地，威力有限。
馮華甫、馮德麟、張雨霖三人合兵一處，總兵力約七萬五千人，除了必要的留守部隊和預備隊外，東三省聯軍在公主嶺以北構築了三道防線。第一道丘陵前沿，第二道縱深主陣地，第三道預備陣地。輕重機槍數量不多，山野炮已標定前沿各條通道。日軍進攻了七天，每次都被密集火力壓回去，傷亡不斷增加。
四月二十日，第十九師團長下令全力猛攻。兩個聯隊同時衝鋒，一度突破第一道防線。但馮德麟親自帶預備隊反擊，把突入的日軍打了回去。馮德麟在陣地上被彈片擦傷，簡單包紮後繼續指揮。
張雨霖在側翼不斷派出小股部隊騷擾日軍後方，切斷補給線。日軍糧食和彈藥只能靠騾馬從長春運來，運量有限。
至四月二十八日，日軍兩個師團在公主嶺前傷亡約六千人，加上被伏的37旅團，已傷亡近半卻寸步未進。東三省聯軍傷亡近兩萬，但陣地仍在手中。
關東軍司令部，寺內正毅接到戰報，把茶杯摔在地上。
“兩個師團，打了半個月，連公主嶺都拿不下來！”他對著參謀長咆哮，“重炮呢？重炮旅團為什麼還不到？”
“鐵路被破壞太嚴重，工兵修復緩慢。重炮旅團預計還要五到七天才到。”
寺內正毅拍桌：“五天？再等五天，東北軍的工事就更堅固了！到時候重炮到了也未必打得動！”
他走到地圖前，盯著公主嶺的位置，沉默片刻，忽然說：“給東京發報。請求將第三師團、第四師團編入關東軍序列。”
參謀長一愣：“司令官，第三師團、第四師團是準備打山東的……”
寺內正毅打斷他：“海軍現在被德國的艦隊牽制住了，沒有餘力護送他們在南邊沿海登陸，他們閒著也是閒著，不如來滿洲幫我。”
“發報，就說關東軍請求將第三師團、第四師團編入關東軍，以更快攻陷滿洲。”
參謀長記錄命令，轉身要走。寺內正毅又叫住他：“還有，給重炮旅團發報，限三天內趕到前線。趕不到，旅團長撤職。”
......
日本陸軍參謀本部會議室。
陸軍大臣、參謀次長、作戰課長及海軍代表圍坐長桌。寺內正毅的請求電報擺在桌面正中。
參謀次長先念了一遍電文：“關東軍司令官寺內正毅請求：將第三師團、第四師團編入關東軍序列，加大對滿洲的攻擊力度。”
陸軍大臣雙手交叉放在桌上，目光掃過眾人：“第三師團、第四師團是準備打山東的。現在海軍被德國艦隊牽制在本土，山東打不了。兩個師團扔在釜山閒著，不如答應寺內正毅。或者說，海軍現在能騰出手嗎？”
海軍代表搖頭：“施佩的艦隊實力不弱，一艘超無畏加一艘戰巡，我們的主力艦必須集中應對才能保證本土不受損失。至於什麼時候能抽調出艦隊給陸軍護航，我們也說不清楚。”
“那也就是說，第三、第四師團什麼時候能發揮作用還是個未知數？”陸軍大臣問道。
“不錯。”
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