雙城子俄軍師長伊萬諾夫得知我軍多路並進的消息後，臉色慘白。他深知鐵路樞紐是雙城子的命脈，一旦失守，城內的彈藥與糧食補給將徹底斷絕，於是緊急抽調兩個團的兵力，在鐵路樞紐西側的高地構築臨時防線，試圖阻攔我軍中路縱隊。但俄軍士兵本就士氣低迷，麵對裝甲列車的炮火壓製，根本不敢貿然衝鋒，隻能躲在戰壕裡胡亂射擊。
我軍裝甲列車停在俄軍炮火射程之外，野戰炮輪番轟擊俄軍高地工事，炮彈落在戰壕裡，掀起陣陣塵土，俄軍士兵的慘叫聲此起彼伏。半小時後，高地工事被摧毀大半，趙烈下令步兵下車衝鋒，士兵們端著步槍，沿著鐵路兩側的斜坡衝向高地，俄軍士兵見狀紛紛潰敗，沿著小路向主城區逃竄。上午10時許，雙城子外圍的鐵路樞紐、彈藥庫與江岸渡口儘數被我軍掌控，伊萬諾夫被迫將剩餘兵力收縮至雙城子主城區，依托城內的房屋與街道構築防線，試圖拖延時間，等待增援。
呂超識破了伊萬諾夫的意圖，並未急於發起巷戰，而是讓裝甲列車沿主城區邊緣的鐵路巡邏，用炮火摧毀俄軍的火力點，同時讓右路縱隊控製城內的水源與糧倉，切斷俄軍的後勤補給。城內的俄軍士兵本就缺衣少食，失去補給後，士氣愈發低落，不少士兵開始偷偷向我軍投降。3日後傍晚，伊萬諾夫見援軍遲遲未到，城內士兵已潰不成軍，最終下令打開城門投降，雙城子戰役僅用3天便結束，我軍以傷亡不足千人的代價，殲滅、俘虜俄軍共計8000餘人，徹底切斷了俄軍遠東各據點的橫向聯係，為後續戰事掃清了關鍵障礙。
冉閔收到捷報後，隨即抬手指向地圖東北側的庫頁島，眼底銳光更盛：“命第2軍全員搭乘海軍軍艦，從海參崴港口啟航，直撲庫頁島。庫頁島北接鄂霍次克海，南鄰日本海，既是遠東重要的漁業與礦產基地，也是海防關鍵支點，俄軍在此僅駐紮少量邊防部隊，約兩個團的兵力，且分駐南北兩端——北部集中在亞曆山德羅夫斯克，南部駐守科爾薩科夫，中間地帶僅有零星哨所，兵力分散。”
“具體進攻部署：海軍征北艦隊下屬的第1分艦隊率驅逐艦6艘、護衛艦4艘全程護航，掩護運輸船在庫頁島中部的霍爾姆斯克港登陸，此地俄軍僅一個排駐守，防禦薄弱，登陸後可快速建立灘頭陣地，割裂俄軍南北防線。”蔣方震指尖點在霍爾姆斯克港的位置，繼續道，“登陸後第2軍分兵兩路：北路縱隊沿庫頁島西海岸推進，沿途肅清奧哈、馬卡羅夫等小型據點，最終合圍亞曆山德羅夫斯克，切斷俄軍向北撤退至鄂霍次克海的通道；南路縱隊沿東海岸推進，攻克特莫夫斯科耶後，直取南部重鎮科爾薩科夫，控製庫頁島南部港口，斷絕俄軍從日本海獲得補給的可能。”
“另外，需警惕日軍動向。”蔣方震適時補充，“庫頁島南部與日本北海道隔宗穀海峽相望，日軍北海道駐軍約兩個師團，此前一直密切關注遠東戰事，曾多次派偵察機抵近庫頁島空域。海軍需分出部分兵力在宗穀海峽附近巡邏，防止日軍以‘保護僑民’為由插手戰事，若日軍艦船越界，先警告驅離，若拒不撤離，可果斷開火反擊。”冉閔點頭認可：“此事交由海軍司令朱王英統籌，務必守住宗穀海峽防線，不讓日軍有可乘之機。”
命令下達後，第2軍軍長劉邦俊與海軍司令朱王英提前敲定了護航與登陸細節，4月中旬，第2軍的3萬餘名士兵陸續登上15艘運輸船，在征北艦隊第1分艦隊的護航下，從海參崴港口啟航，向庫頁島駛去。艦隊航行途中，朱王英特意讓2艘驅逐艦在宗穀海峽附近巡邏，密切監視日軍的動向——此時日軍北海道駐軍已進入戒備狀態，3艘巡洋艦與5艘驅逐艦在北海道西海岸集結，偵察機更是頻繁抵近庫頁島南部空域，顯然對我軍進攻庫頁島的行動極為忌憚。
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4月18日拂曉，艦隊抵達庫頁島中部的霍爾姆斯克港外海，朱王英下令驅逐艦對港口進行炮擊，俄軍駐守的排級兵力根本無力抵抗，很快便放棄港口逃竄。運輸船隨即靠岸，第2軍士兵迅速登陸，僅用1小時便建立起穩固的灘頭陣地，隨後按計劃分兵兩路，向庫頁島南北兩端推進。
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