10月17日，日军向马占山发出下野通告，要求马占山在17日夜12时之前答复，可是通告刚刚发出一个小时，在17日下午1时，日军就开始了对马占山三间房阵地的进攻。

第一次属于试探性进攻，进攻部队由日军五六百名骑兵组成，进攻方向是乌诺头、张花园等处的马占山部的骑兵第一旅吴松林部，吴旅阵地其实只有一个团即为骑兵三团。面对进攻，吴旅奋起反击，激战40分钟，日军退却。

午后3时，日军大部向马占山三间房阵地左、中、右三面同时发起猛攻，日军长谷旅团攻左翼，森连满铁守备队攻右翼，数架飞机在上空投弹助攻。

马占山部前线总指挥苑崇谷沉着应战，激战3小时，三块阵地枪炮声响成一片，终于在晚6时左右击退日军进攻。

日军退却后改为炮击，炮击整整持续了两个小时，马占山部同样予以炮火还击。

晚8时，战斗结束，日军第一天的进攻没有占到一点便宜。

17日夜，马占山急令骑兵第二旅旅长程志远带领两团骑兵从满洲里、扎兰诺尔驻扎地开赴昂昂溪待命，以便随时投入战斗。

18日拂晓时分，日军长谷部第三旅团和步兵第十六联队、第二十九联队以及骑兵第二中队在飞机、大炮的掩护下，向马占山新立屯阵地发动强大攻势。

是役日军飞机密集投弹，将马占山阵地几次夷为平地，马占山部官兵冒着炮火一次又一次重新修筑阵地，伤亡惨重，激战竞日，阵地依然掌握在马部手中。

其后，日军骑兵骚扰马占山汤池、蘑菇溪间的骑兵防线，并用重炮密集轰炸。

大兴方面的战斗更加激烈，并有日军数量坦克助战，将近中午时分，阵线几乎不保，但在这时，骑兵第二旅程旅的涂全胜骑兵团赶到战场，整团骑兵在团长涂全胜的带领下向日军纵深猛冲，这一举动使守军士气大振，一时间守军冲出战壕转守为攻。

中日军队绞杀在一起。下午，萨力布骑兵团赶到增援投入战场，蘑菇溪方面在击退日军进攻以后调卫队团两个营也向大兴增援过来，三间房阵地也派出步一旅两个营的官兵在团长孙鸿裕的带领下紧急增援过来，战场形势立时逆转。

全线与日军整整厮杀一天，两方伤亡都很大，晚上，日军退却。

19日凌晨3点，马占山乘载重车辆带参谋和卫兵亲往前线督战。

因为在几个小时前，也就是18日夜，当时驻黑龙江省日本领事清水突然间从大使馆撤退，马占山前往交涉，对其说道：“领事离黑，应按外交惯例签字离去。”

清水回答他道：“此行是本人私事，其他一概不知，故未照办。”