扫清谅山外围的法军之后我军从东、北、西三面直扑谅山市区。
法军自知后路被切断决定在谅山死守，陈庚得知法军拒绝投降勃然大怒立即下令我炮兵发起炮击。广西军区全部的轰炸机发起轮番轰炸。
五十五军集中全部的重炮七百多门开始向谅山市区发起的炮击十分猛烈。十五分钟内谅山市内的法军挨了五万多发重炮炮弹。我航空兵在十五分钟内投下了近两千多颗燃烧弹，将整个谅山市全部焚毁。
进行了两个小时的炮击轰炸之后，55军分兵数路，以163师为主攻，其489团主力沿铁路向谅山奇穷河大桥实施主要突击，一部兵力沿铁路西侧展开向谅山北市区攻击；488团沿279高地亦向奇穷河大桥攻击前进，协同489团歼灭铁路以东、谅山以北地区之敌。64师和165师则紧靠163师左右两翼协同进攻。
法军防卫阵地节节抵抗死战到底决不投降，甚至出现了有的法军上刺刀和我军打起白刃战。
在中国军队进攻的主要线路铁路沿线附近，分布着大小石山和279高地等几个山头制高点。我航空兵投下两百多颗燃烧弹，将制高点上的法军基本上全部烧死，随后在坦克炮和重炮群，各营属迫击炮连的掩护下，我军开始向法军阵地进攻。残余的法军非死即残毫无战斗能力，基本上我军没开几枪就把附近的高地全部占领了。
但是在小石山的阵地上，法军的碉堡非常的多而且是依靠掏洞的方式修建的，非常坚固我军的炮火没能将其炸毁。所以在这里我军伤亡十分严重。发起数次进攻后均告失败。进攻至傍晚，我军仍无法得手。
于是当天晚上我军改变战法。在进行了10分钟的炮火急袭后，坦克部队和炮兵部队进抵前沿，以猛烈炮火压制法军的火力。同时，我攻击部队分成多路集群，同时向小石山各个方向发起攻击，另以一部则沿铁路穿插奇穷河大桥，准备截断北市区守敌退路。
争夺小石山的战斗极为激烈，为消灭法军坚固的火力点，我攻击部队甚至把坦克和直瞄火炮前推至距敌500—800米处，进行猛烈的抵近射击，成功压住了法军的火力，从而掩护步兵小群多路从侧翼接近。
小石山上的各个山头上法军的碉堡、岩穴成群连片，我攻击部队在炮火掩护下奋勇迫近，利用炸药包、爆破筒和火焰喷射器，一个洞一个洞地拔点攻击，逐渐占领表面阵地。激战至9时45分，小石山被攻克。与此同时，另一部中国军队沿铁路穿插跃进，经几度混战，直插奇穷河大桥，堵住了大桥以北地区的法军的退路。
中午时分，55军163师、164师和165师全部突入谅山市区。法军据守建筑物和路障顽强阻击，我攻击部队以坦克向前直冲轮番打掉越军火力点，又将火炮推到大街上，抵近平射，步兵再冲上去肃清残敌。
中午12时，164师491团3营冲入了法国驻谅山的政府大楼中，在楼上升起了五星红旗。随后，谅山市内的法国警察局、法军弹药库，粮库等地纷纷攻克，各路攻击部队会师于奇穷河大桥。战斗至3月7日晚，法军的零星抵抗被肃清，谅山北市区全被五十五军控制。
但是一审问法国俘虏我军得知，部分法军军队没有被围歼他们跑到了奇穷河以南的谅山市区中。法国驻谅山的殖民地官员基本上都在奇穷河以南地区。
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