4月18日，一个阴雨蒙蒙的早晨，四平城被一阵猛烈的炮火轰鸣声唤醒，迎来了血雨腥风的第一天，杜聿明同时展开了他新1军的全部兵力，以50师向四平的东南，30师沿铁路由南向北，新38师由西向东，分三路穷凶极恶地向四平城杀来。
此时，我军为了在运动中寻机歼敌，主力已全部撤到城外，城内只有保安第1旅第1团和万毅纵队的第26团2个团的兵力，由保1旅旅长马兴仁指挥。马兴仁根据情况，以四平城为中心，组织了三道防线：第一道防线，坚守外围，即由折马背（四平东南）高地，向西经天主教堂以南6华里一线，再向西经新立屯、前后玻林子、海丰屯，再转向北沿四平城西郊边缘到三道林子高地，控制有利地形，迫使敌过早地投入战斗，打乱其进攻部署，阻止敌人前进，使我得以争取时间和夺取战场上的主动；第二道防线，如果敌人突破第一道防线，我准备在四平城边沿一带坚守；第三步，打巷战，死守四平。
四平街保卫战，从4月17日开始到5月18日结束，大体经历了国民党军猛烈进攻、国共两军对峙、民主联军主动撤离三个阶段。
第一阶段，从4月17日到26日，国民党军猖狂进攻。此时，国民党军骄横气盛，认为民主联军不堪一击，惯用的不过是游击战法，绝不会坚守四平。国民党军没有采取常用的攻城方法，只是发动正面攻击，企图将民主联军守城部队“轰”走，就可以顺利占领四平。
新1军进攻四平街的部署和行动是：在左翼，新38师由西向东攻，18日进至老四平。在右翼，第50师进攻四平东南郊，17日进至庙子沟，随即攻占半拉山门。在中间一路是新30师，沿铁路线由南向北攻击，17日进占虻牛哨。新38师又在四平以西绕道北进，对四平街形成弧形包围。民主联军守城部队面临南、北两面作战的形势。国民党军以猛烈炮火轰击民主联军所守卫的阵地，在各处仅有方圆七八十米的小丘陵上，每分钟均落百发炮弹。国民党军在飞机轮番轰炸和坦克的掩护下，发动多次冲锋，都被民主联军守卫战士用步枪、手榴弹，或用刺刀肉搏，打了下去。
经过10天激烈战斗，新1军3个师向四平街南郊、西郊、东南郊、西北郊各处阵地反复攻击，每次攻击都付出重大伤亡，才能获取些微进展。新1军的锐气丧失，但援兵尚未到达，遂转为修筑工事，固守待援。民主联军主力部队相继到达四平地区，由东到西组成了百余里的防线，构筑坚固工事，以屏障四平侧翼的安全。从此，国共两军进入对峙局面。
第二个阶段，从4月27日到5月14日。由于国民党军官兵疲惫，增兵未到，不能拿出更多兵力保持攻击力量，在这种情况下，采取了靠拢兵力、构筑工事据守的办法。国共双方部队在对峙中，除了冷枪冷炮和频繁的小接触外，都难以找到大动作的空隙，因而没有较大规模的战斗。民主联军阵地上的工事，经过炮火考验日渐加固，战斗人员也丰富了守备经验。如果国民党军没有新的增援部队投入战斗，中共部队依靠在四平城下大量杀伤敌军，而求得坚守四平是能够办得到的。
民主联军在四平地区的作战部队有：保1旅、万毅纵队、1师、2师、3师之7旅8旅10旅、7师的20旅21旅等部。原设想在四平外围捕捉战机歼敌一路，但因国民党新1军和71军密集靠拢，未能找到出击的机会。此外，南满军区程世才奉命率领第3纵队之7旅、8旅到达四平地区，在叶赫与树林子间南下，准备在东侧开辟第二战场，从外线牵制敌军。第3纵队活动在昌图与开原之间时，曾攻克马千总台车站，但由于国民党军第195师北上，开辟第二战场的设想也未能实现。
在对峙阶段里，民主联军为加强四平市区防御力量，于4月29日将7师之67团配属四平市内作预备队，又调359旅和7师炮兵旅从长春地区南下，将炮兵旅第2团增援到四平市内。在国民党军以为共军不可能有火炮的情况下，炮兵突然轰击了国民党阵地，不仅给敌军造成很大杀伤，也造成相当的震动。
从整个东北战场看，由于南线本溪方面作战，拖住了国民党军不能北援，四平地区的民主联军才能坚持这样长的时间。但是到5月初，南线发生了不利变化，民主联军部队主动撤离本溪，这就意味着国民党军即将集中全力压到四平街方面。
第三阶段，从5月15日到18日，民主联军部队主动撤离四平街。当本溪方面战斗告一段落后，国民党军立即将主力部队集中四平作战，第195师已经北上，又调来新6军第14师、新22师，第71军第88师，加原来新1军之3个师（新30师、新38师、第50师）和71军之2个师（第87师、第91师），共计9个师兵力投入使用于四平街地区。如果再把担任护路任务的第60军第182师也计算在内，总兵力为10个师。
此时，民主联军方面已经估计到，国民党军大的攻势即将来临。自己部队的情况是：南满第3纵队2个旅活动在昌图以东地区，仅有359旅和3师10旅可以作为机动力量，其余部队均在四平前线与敌军对峙。在这种局势下，很难做出吃掉敌军一两个师的动作。
5月13日，国民党军东北保安副司令长官郑洞国下令向四平街全面进攻。兵分三路：右路是，廖耀湘率领的新6军第14师、新22师附第88师，由开原向西丰、叶赫进攻；中路是，孙立人率领的新1军之3个师，向四平街近郊进攻；左路是，陈明仁率领的71军之2个师，向四平以西八面城进攻；第195师作为预备队。
5月15日，保卫四平街最激烈的战斗开始。民主联军各处阵地上，炮火震天，硝烟遮日，短兵相接，白刃格斗，杀声直冲霄汉，英勇击退敌军多次冲锋。17日，331高地遭受国民党军几路坦克攻击，工事被摧毁，火器被炸坏、掩埋而无法支持。
随即，四平郊外具有决定作用的制高点塔子山被国民党军占领。塔子山的得失关系着四平全局的安危，塔子山失守，国民党军可以从左侧后迂回封闭守城部队的退路。为了摆脱被动的不利地位，保存有生力量待机歼敌，林彪找彭真、罗荣桓磋商，决定撤离四平，也不坚守长春，并报告中央备案。民主联军于5月18日夜，全线撤退转移。
民主联军撤离四平之后，国民党军面对四平空城，进行阵阵射击，直到19日下午才敢进入市内。