第一师团的核心防御阵地，师团长河村恭辅将剩余的八千余名兵力全部部署在此，试图做最后的顽抗。府衙周围的街道被日军拆毁了房屋，构筑起数道街垒，街垒后面是密集的机枪阵地，府衙本身则被改造成了坚固的堡垒，墙体上布满了射击孔，屋顶上架设了高射机枪，甚至还布置了两门步兵炮，随时准备轰击进攻的东北军。
马占山深知，这是与第一师团的终极决战，他将剩余的所有兵力全部投入战场，同时请求装甲军派出部分坦克支援。但内城街巷狭窄，飞熊坦克难以展开，只能沿着主干道缓慢推进，用主炮轰击日军的街垒与府衙墙体。日军则集中反坦克火力，攻击坦克的履带与观察孔，一辆飞熊坦克被日军的反坦克炮击中履带，瘫痪在街道中央，车内乘员刚打开舱门，就被密集的子弹击中，全部牺牲。
步兵部队在坦克的掩护下发起冲锋，却依旧遭遇了顽强抵抗。日军士兵抱着炸药包，疯狂冲向东北军的冲锋阵型，不少人在距离东北军士兵数米远的地方拉响导火索，与对方同归于尽。一名东北军士兵眼睁睁地看着日军士兵冲过来，来不及躲闪，只能拉响身上的手榴弹，两人一同被炸得粉身碎骨，鲜血与肉块溅落在周围士兵的身上。
马占山和王剑安等人也都愣了，他们见过鬼子的凶悍，也知道鬼子不怕死，但是如同第一师团这样的鬼子真的太少见了。非常善战，无论是枪法还是近战搏杀，都极其出色，而且战斗意志之强烈，令人咋舌，许多战士们都得把这些第一师团的鬼子给爆头，或者把脑袋都砸的稀巴烂，才敢确认他们的死亡，否则这些鬼子哪怕只剩下一口气，也想拉几个垫背的。
府衙的争夺最为惨烈。东北军士兵顶着密集的火力，架起云梯攀爬府衙的围墙，却被日军的手榴弹与滚石砸得纷纷坠落。马占山下令集中炮火轰击府衙围墙，炸开一道缺口后，士兵们蜂拥而入，与日军展开白刃战。府衙的庭院里、大堂内、走廊上，到处都是搏斗的身影，刺刀碰撞声、惨叫声、临死前的嘶吼声交织在一起
8月30日，经过三天三夜的血战，第五军终于攻占了府衙。此时的第五军早已伤亡惨重，原本三万余人的部队，仅剩下一万五千余人，伤亡人数恰好达到一半，几乎被打残。而日军第一师团也付出了同样惨痛的代价，八千余名守军全部伤亡，加上之前街巷战与溶洞战的损失，整个第一师团累计伤亡一万