吳奇偉下令部隊分兵多路，迂回包抄，朝鮮義勇軍的兩個師在前帶路，利用山間小道繞到日軍后方。義勇軍戰士樸哲宇帶著小組，悄悄潛入日軍陣地后方，炸毀了日軍的通訊塔，日軍瞬間失去指揮，陷入混亂。第四軍趁機發起猛攻，擊潰105師團的一個主力聯隊，向漢城東部的九里推進，切斷了漢城與東部日軍的聯系。

西線戰場上，13軍梁忠甲部、14軍高紀毅部合編的左翼集團，與日軍25、26師團展開激戰。梁忠甲下令13軍正面進攻，14軍迂回包抄，經過三天的血戰，還是沒能擊潰敵人。

9月15日，中國軍隊各路大軍先后抵達漢城外圍，完成了對漢城的初步合圍。裝甲軍商少業部占領漢城北部的議政府，第五軍、第七軍進駐漢城西部的富川、南部的果川，第四軍控制東部的九里，21軍富占魁部則在漢城西南部的安山構筑防線，切斷了漢城日軍向西南撤退的通道。

漢城城內，日軍總指揮西尾壽造面色鐵青。他看著地圖上被藍色箭頭包圍的漢城，心中充滿絕望。此時，漢城日軍僅有第一、十一師團及102、105師團殘部，共計約8萬人，且補給完全中斷，通訊癱瘓。西尾壽造曾多次向日本本土求援，但得到的回應卻是“堅守待援”，而所謂的“援軍”卻遲遲不見蹤影。

薛岳在前線指揮部內，召開作戰會議，商議攻城方案。“漢城日軍已是甕中之鱉，但困獸猶斗，必然會拼死抵抗。”

薛岳說道，“我軍采取‘圍三缺一’的戰術，放開漢城東北部的撤退通道，引誘日軍突圍，再在途中設伏殲滅；同時，對漢城發起猛烈炮擊，瓦解日軍的抵抗意志。”

會議結束后，薛岳下令各軍執行攻城方案。當日下午，軍隊的炮群開始對漢城城內的日軍目標發起轟擊。炮彈呼嘯著落入城內，日軍的司令部、軍火庫、碉堡等設施被逐一摧毀，火光沖天，濃煙滾滾。漢城城內的日軍士兵們躲在掩體后，瑟瑟發抖，士氣低落。

薛岳同時向漢城日軍發出勸降通牒，限其24小時內投降，否則將發起總攻。但西尾壽造拒絕投降，他下令日軍加固城內的街戰工事，將民房改造成碉堡，街道上設置路障，準備與中國軍隊展開巷戰。他對部下說“漢城是大日本帝國在南朝鮮的象征，我們必須死守到底，為本土決戰爭取時間！”

9月16日清晨，中國軍隊對漢城發起試探性進攻。第五軍的一個營，在坦克的掩護下，向漢城西部的富川門發起沖鋒。日軍在城門兩側的民房內設置了密集的火力點，機槍、步槍同時開火，子彈如同雨點般射向中國軍隊。坦克主炮不斷開火，摧毀日軍的火力點，但日軍的抵抗依然頑強。

經過一天的激戰，中國軍隊攻占了富川門，推進至漢城城內的鐘路區。但日軍的抵抗越來越頑強，巷戰異常慘烈，中國軍隊傷亡逐漸增加。薛岳見狀，下令部隊暫停進攻，調整戰術。

“巷戰中，坦克的優勢難以發揮，必須依靠步兵的近戰能力。”他下令，各軍組織敢死隊，配備火焰噴射器、火箭筒，逐個清除日軍的碉堡與據點。

朝鮮義勇軍也加入了攻城戰斗。金九率領義勇軍將士，利用熟悉地形的優勢，穿插在日軍陣地之間，破壞日軍的通訊線路，襲擊日軍的小股部隊。

漢城城內的民眾，得知中國軍隊攻城的消息后，紛紛暗中支援。有的民眾為中國軍隊帶路，有的提供日軍的布防情報，有的則拿出食物、藥品送給士兵們。_c