部分日军试图向两侧山区攀爬逃窜，却又触发了布置在山林中的地雷，死伤惨重。至此，日军第4、第8旅团已完全崩溃，指挥失灵，各自为战。
凤凰城内，第20师团长室兼次中将接到第4、第8旅团的紧急战术指导电，虽对二人的骄横不满，但见死不救的罪名他担待不起。无奈之下，他派出手中唯一完整的机动力量——骑兵第28联队，并请求航空兵支援。8架日军战斗机 飞临战场，企图扫射中方阵地，却遭遇从东塔机场 起飞的警卫军战斗机 拦截。空战爆发，日机被击落4架，余下4架仓皇逃回凤凰城。骑兵第28联队 冲向谷口，试图接应，但在中方密集的机枪、迫击炮火力下，骑兵成了活靶子，损失惨重，联队长见救援无望，只得带着少量残兵败将退回凤凰城。
战至四月四日黄昏，被围的日军第4、第8旅团主力被全歼。此役，毙伤日军1.3万余人，俘获甚少（日军多顽抗到底或自杀），中方伤亡约1200人。缴获武器堆积如山：三八式步枪6300余支、歪把子轻机枪132挺、三年式重机枪46挺、掷弹筒112具、步兵炮（平射/曲射）14门、四一式山炮6门，以及大量弹药装备。
“凤本大捷”（凤凰城-本溪战役）的捷报，迅速传回奉天总指挥部。李幼邻闻报，欣慰不已。他立即草拟电文，以“东北前线抗日联军总指挥” 名义，向全国通电：
“全国同胞钧鉴：
我东北抗日联军东线部队，于本月三、四两日，在奉天东线本溪至凤凰城之间险要地域，依托预设阵地，诱敌深入，以地雷阵挫敌锋芒，以猛烈炮火覆其主力，以步骑协同断其归路，经一昼夜血战，全歼来犯之日军第8师团第4旅团、第10师团第8旅团主力，计毙伤敌一万三千余众，缴获无算！此役，挫敌锐气，扬我军威，充分证明：日寇虽强，非不可战胜！只要我将士用命，战术得当，必能御敌于国门之外！ 望全国同胞，同心协力，共纾国难！”
通电发出，举国沸腾！这是自“三一七”事变以来，中国军队对日军取得的最大规模的歼灭战胜利，极大地鼓舞了全国军民的抗日信心和士气。李幼邻和东北抗日联军的声望，达到了一个新的高峰。然而，李幼邻深知，歼灭敌先头部队虽可喜，但日军主力未损，更残酷的战斗还在后面。他命令东线部队加紧修复工事，补充弹药，准备迎接日军更加疯狂的反扑。
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