负责主攻灵寿县城的是第3军第7师，师长李世龙。该师满编18000人，留2000人驻守原防区，投入灵寿攻坚的作战兵力16000人。灵寿县城是此次反攻作战最西侧的攻击点，驻守敌军为日军第114师团步兵第104大队，外加1个伪军警备团，总守备兵力日军820人、伪军1200人。日军大队长依托灵寿低矮城墙，在城外修建了8座外围碉堡，分为前沿一线阵地，城内依托城墙构建二线防御阵地，同时囤积大量弹药与粮食，计划固守至少10天，等待保定日军主力南下增援。

3月26日清晨6时，天色微亮，第7师率先发起进攻。师属120毫米迫击炮连先行开火，首轮炮火精准覆盖城外8座外围碉堡，2座普通碉堡直接被炮火夷为平地。日军立刻组织步兵小队出城反扑，试图夺回外围阵地，李世龙当即下令营属82毫米迫击炮实施拦阻射击，密集的迫击炮弹落在日军冲锋路线上，日军冲锋队形瞬间溃散，死伤超过200人，残余日军仓皇退回城内，紧闭城门死守。

白天日军依托城墙火力疯狂压制我方冲锋步兵，第7师官兵暂缓强攻，白天稳固前沿阵地，划分16000作战兵力分区布防，一部分持续监视城头，一部分开挖逼近城墙的隐蔽战壕，一部分整理弹药、检修迫击炮。3月26日深夜，第7师组织3支百人突击队，借着夜色掩护突破城墙薄弱地段，攻入城内展开巷战。日军步兵第104大队擅长街巷防御，依托民房构建火力点负隅顽抗，但伪军战斗意志极差，遭遇我方近距离火力压制后迅速溃逃，大批伪军直接放下武器投降。

激战至3月28日正午，第7师16000攻城部队彻底肃清灵寿城内全部残敌，击毙日军大队长以下官兵317人，俘虏日军209人，全歼伪军警备团，剩余少量日军残部仓皇向行唐方向逃窜。灵寿县城率先被攻克，彻底打开了冀中反攻西线通道，李世龙留下少量部队接管城防，主力继续向东推进，配合中路友军施压行唐县城。

中路左翼主攻行唐县城的是第3军第12师，师长寸性奇。全师编制18000人，分出2000人留守后方，投入行唐作战的兵力16000人。行唐县城防御强度高于灵寿，驻守敌军为日军第114师团步兵第105大队，日军兵力910人，搭配1个加强伪军营共计650人。日军在此修建了冀中一线最坚固的子母碉堡群，城外主碉堡墙体厚度达到40厘米，普通82毫米迫击炮无法击穿，日军指挥官自诩防线固若金汤。

寸性奇作战素来勇猛沉稳，没有急于让步兵冲锋，而是将16000人的作战部队拆分部署，炮兵单位靠前抢占高地，步兵分三线梯次排布。全师迫击炮部队分层展开：60毫米迫击炮靠前压制城墙火力点，82毫米迫击炮清理外围子母堡副堡，120毫米重型迫击炮集中火力，轮番轰击核心主碉堡。连续12发120毫米迫击炮弹精准命中主碉堡，厚重的混凝土墙体彻底崩塌，日军核心防御点彻底报废。

3月27日全天，第12师稳步拔除城外全部野战工事，持续压缩日军防御空间。3月28日下午，寸性奇下令全线总攻，步兵部队借助炮火掩护，架设云梯登城。守城日军依托城墙缺口拼死反扑，双方在城墙之上展开白刃战，第12师16000官兵久经战阵，白刃战战力远超日军，连续击退日军5次大规模反扑。

激战至3月29日傍晚，行唐县城宣告攻克，日军步兵第105大队基本被全歼，击毙日军官兵422人，俘虏日军186人，伪军全员投降。中路左翼防线彻底打通，第12师主力随即向曲阳方向推进，与第34师形成夹击之势。

中路右翼主攻曲阳县城的是第3军第34师，师长公秉藩。该师额定18000人，除了2000兵力留守后方补给据点，奔赴曲阳前线的作战部队共计16000人。曲阳地处五城中心位置，是日军五城防御体系的核心枢纽，驻守兵力最强，部署日军第114师团步兵第106大队，日军兵力950人，外加1个伪军警备团1300人，同时配备2门九二式步兵炮，是五座县城中唯一拥有重型支援火力的日军守备部队。