11月2 日，国民党东北保安司令长官杜聿明亲到秦皇岛督战。在这关键的时刻，为策应山海关自卫阻击战，山东军区第7 师师长杨国夫率领第19、第20、第21团，以强行军进抵山海关，并立即投入战斗，接管了山海关正面防御阵地。杨7 师是步行一个余月从山东赶到山海关的。杨国夫是安徽霍丘人，1929年参加红军，红军时期担任过团长，文化虽然不高，但为人精明强干，能征善战；是真正的军事指挥家。其所率的7 师是山东八路军的主力部队。当时是在长途跋涉，异常疲惫的情况下，硬凭着一些有限的轻武器抗击国民党军的。
山海关战役打响后，出现一个怪现象：由于国共双方彼此都缺乏了解，因此交手时都十分谨慎。当时据李运昌部估计由秦皇岛登陆之敌兵力有5 万人，加上美军和伪军达8 万人；国民党方面估计中共军队也有5 万之众，并且装备了东北日军的武器，战斗力很强。其实是蒋军过高地估计了守军的战斗力，所以行动谨慎，不轻易发动进攻，而是加紧构筑工事，摆开了正规、持久作战的架势。
11月4 日，国民党军第13军继续扩展占领北到石门寨南6 里之大王庄、小王庄一带，南至海岸，西到海阳，东至山海关八里处之石河地区。
同日11时，美军7 人乘汽车一辆驶进山海关47团阵地，被阻击，击伤、俘获美军7 人，缴短枪7 支。
此后，国民党军向山海关守军送出通碟称：限6 日退出山海关，撤出铁路100 里，否则，其第89师将大举进攻。
11月5 日晨7 时，国民党军向山海关以西之娘娘庙、二郎庙的守军阵地发动大举进攻。守军发扬英勇顽强、不怕牺牲的战斗精神，奋起反攻，夺回已失之阵地，将进攻之敌赶出山海关。
11月6 日，身经百战的杨国夫决定主动突击一下，于是利用是日夜暗，突袭山海关以西之孟家店和前后七里寨敌军，激战彻夜，毙、伤敌300 余人，俘敌50余人。
11月7 日，中央军委电示李运昌、詹才芳：美军直接向我作战，助顽向我进攻，我应坚决抵抗。所俘之美军7 人，应暂扣留，并向美军抗议，将二切情形及美俘之供词公开发表，速由新华社告延安，延安亦向美军总部抗议。但不应虐待美俘，应做争取工作。
同日，中共中央军委又给李运昌、黄克诚、詹才芳等发电指示：山海关附近已发生战斗。3 师部队到达冀东了解当前情况后，即取捷径向锦州前进，但是必须隐蔽，不要使顽军发现我军大部队进入锦州，可以从山海关以西以北离顽军作战地带数十里以外的地区，绕过顽军进入山海关以东的铁路线上前进。
11月8 日，山东第7 师又以2 个营兵力出击，夺回古城。黑河庄、红瓦店村等阵地。
打了胜仗后，就有了发言权。杨国夫向上级报告说，顽军特点是射击准确，火力强，指挥灵活，通信联络极好，每个阵地都安有电话。但害怕八路军刺刀见红，只要八路军一冲，该敌就后退。
李运昌是山海关战役的总指挥员，这时其担心才一扫而光。11月9 日，他向彭真。林彪致电说：目前顽军三个军已在秦皇岛登陆，数度企图进占山海关，均被我打回。应于目前固守山海关、九门口，而以助守石门寨、海阳镇，滦河镇，局限顽于狭小范围内。并不断以夜摸袭击动作消灭其分散驻守之敌，增加其物资生活困难，消灭其士气。顽大军久驻狭小范围，人地生疏，不能展开，吃烧均较困难，后兵舰撤走则等于瓮中之鳖，不难全部歼灭，东北可无大忧矣。
山海关前线的乐观情绪传到延安后，毛泽东于门月门日在给梁兴初的电报中也认为“顽军火力盛，士气低。”“最怕冲锋，一冲即溃。”并认为山海关一线如能坚持一个月两个月，于大局极有利。“然而山海关的实际战况与想象完全不是一回事。
11月8 日，国民党军最骁勇善战的将领之一的杜聿明来到秦皇岛，秉承蒋介石打出山海关，武力占领东北的旨意，立即召集13军将领会议。在会议中，当杜聿明听到13军军长石党所谓共军火力强大，不可轻易进攻，建议加强工事，稳固防守等的汇报后，十分惊讶，他根本不相信石觉等的汇报。经实地勘测后，他召开营以上军官会议，专门布置了进攻事宜。
11月9 日，国民党军继续向山海关镇和抚宁进攻。山海关守军顽强反击。第13军重新调整部署，将其主力一部转向石门寨至九门口方向进攻，形成对山海关的迂回态势，但仍无大的进展。
11月10日，中共中央电示东北局：目前只争半个月，半个月内黄永胜、文年生两部5000人，梁兴初、黄克诚两部4 万多人必能到沈阳、锦州线。望今山海关我军坚持半个月，即有办法。
11月11日，在杜聿明等指挥下第13军在美军飞机掩护下，再次向山海关发动猛烈进攻。守军各部队在南自海边，北至九门口、城子峪、黄土岭的百里防线上，顽强阻击，战斗异常激烈。各阵地与数倍于己的国民党军浴血苦战，打退其多次进攻。
11月12日，国民党军一个营攻占山海关南龙腰阵地。
11月14日14时，中央军委给山海关前线指挥官李运昌。沙克发电指示：山海关、绥中、兴城之线，必须坚守，掩护主力黄梁集中锦州，时间至少三星期，多则两个月，望动员民众，构筑多道防御工事。
11月15日，中央军委给林彪、彭真、罗荣桓回电：你们11月15日给黄梁、杨国夫电已转去，并令他们依照你们电令以先头一部，配合杨国夫，打击山海关、义院口方面之顽军，主力迅速转到绥中、兴城之线。
11月30日，由越南海防海运至秦皇岛的第52军赵公武部全部登陆。14日，杜聿明重新下达了进攻命令。他重申了蒋介石的“连坐法”规则，吓得各级军官谁也不敢消极怠慢了。
15日，以第13军全部及第52军主力共5 个师，在炮兵和飞机配合下，猛攻守军阵地，并以第52军之25师和第13军之89师出九门口，经角山寺东麓对山海关守军侧背的薄弱部位进行包围。
杜本人也亲自督战。由于敌我双方实力悬殊太大，杨国夫的7 师尽管全力阻击，但也拦不住强大敌人的全力冲击。
杨7 师顶不住了。他及全师从山东由陆路长途行军至山海关，没经休整即投入战斗。当时幻想到东北后能拿到新枪新炮，但到了山海关才发现根本不可能。战斗中与山东地区完全不同，没人送饭送水，甚至连伤员都找不到人抬。左右配属的部队，大多是临时“扩军”凑合起来的部队，一听见炮响就四下溃散。当杨国夫得悉九门口、义院口均已失守，如再不转移，全师将有被合围的危险情况后，没等李运昌的命令，于16日早撤出山海关，沿北宁路后退，仅留下少数部队担任掩护。
16日早晨，国民党第13军向山海关正面发起总攻，然而得到的回答是一片寂静。
后来，杜聿明才知道，守卫山海关的中共主力已于16日晨撤出了山海关。
对于撤退的原因，李运昌这样说：“从11月8 日至16日，敌以7 万人向山海关九门口正面进攻，激战多次均被我军击退，乃以三个团出城子峪口，迂回山海关和九门口侧后，企图包围我军。我因兵力不足，无预备队阻击敌人，在敌众我寡的不利形势下，不得已于11月16日撤出山海关。是日下午，13军与52军一部在山海关以东地区会合，蒋军终于占领了山海关城，打开了陆路通向东北的大门。”
山海关阻击战，前后激战半月余，迟滞了国民党军进攻，有效地掩护了新四军3 师、山东解放军等主力部队进入东北，并为日后战胜国民党军积累了经验。
27。 决计避战一一个根本性意见我军放弃山海关后，开始北上；而国民党军占领山海关后，除留第13军之54师、第52军之195 师守备山海关及附近战略要点外，其主力部队继续北进，企图趁我军兵力转移不及组织新的防御之机，夺取北宁路山海关至锦州段。
此时，杨国夫的山东7 师因撤出山海关前，军情太急未及通报李运昌，直到第二天李运昌才获悉杨7 师已撤至绥中。毛泽东主要是靠收听新闻广播得知山海关我军已失利的消息的。尽管战况很不妙，但毛泽东考虑到独霸东北的需要，山海关。绥中之线还是要坚守。为此，他致电李运昌、沙克、命令“山海关、绥中、兴城之线，必须坚守。掩护我主力黄梁集中锦州。时间至少三星期，多则两个月。”在此电中，毛泽东指示李运昌、沙克报告所部兵力和战斗力情况。
李运昌如实报告了其所掌握的军情：山海关至兴城一线共有正规部队二万人。其中山东部队（杨师）有战斗力，他属下的冀东19团、22团是县大队改编的，战斗力差；还有地方武装和驻葫芦岛的36团也都没什么战斗力。电报实际上反映了靠李昌所部坚守绥中兴城一线，恐难以胜任。
中共中央收到11月16日李运昌的电报后，决定改变计划，遂于17日致电黄克诚、程子华、李运昌等，命令李运昌。杨国夫7 师在锦州地区运动防御，实行“节节坚决抗退，既不死守，又不轻易放弃阵地。”同时命令黄克诚、梁兴初部迅速集结到锦西地区，“待敌深入锦西、兴城线，从敌左侧后突然攻击”。
但是，当中共中央的以上指示尚未及执行的时候，杜幸明已经抢在了前头。杜聿明严厉地斥责了第52军军长石觉没有乘胜实行战场外追击的失职行为，命令各部继续北进。11月18日，第52军之25师沿临（榆）锦（州）公路和向绥中进犯。第13军以3 个师兵力，分左右两路向绥中围攻。25师占领沙河站。
是时，杨国夫师刚从山海关撤至绥中，部队极度疲劳，尚未喘口气，国民党军就紧紧跟上来。杨国夫只得布置部队再行抵抗。随后，由于敌强我弱，不利于再战，杨国