虎头要塞是日本关东军在中国东北东部原中苏边境上的一个军事基地，位于黑龙江省虎林市虎头镇周边完达山余脉丘陵中。
其中心区域正面宽12公里，纵深6公里，共有大小十余处要塞，由猛虎山、虎北山、虎东山、虎西山、虎啸山五个阵地组成。
阵地前，布置了大片雷区，地下囤积了大量的物资，日本关东军自诩其为“北满永久要塞”,即使陷入包围，虎头也可以坚守半年。
驻扎在此的是关东军第四国境守备队，大约为8000人左右，装备了此时亚洲最大口径的榴弹炮，口径达300毫米的高炮防御整个要塞。
之后再次装备了400毫米口径的榴弹炮，在辅以大量150毫米的加农炮和小口径榴弹炮。
1944年，战争形势发生巨大变化，虎头要塞的第四国境守备队人员和部分装备，被送往太平洋战场，只留了部分人员驻守虎头要塞，虎头要塞的战斗力大大降低。
5月23日18时，李云龙率领第一兵团到达虎头要塞。
5月24日凌晨，李云龙集结第一兵团四个步兵纵队，4个炮兵旅、2个坦克旅以及1个高炮团、1个火箭炮团，突然对虎头阵地进行猛烈炮击。
这次炮击，由于事先做了精确标定，使得虎头要塞的道路、地面工事、通讯设施、铁路和车站都遭到严重的破坏，并给日军以极大的杀伤。
独立炮兵第95营营长为宋金虎上尉，大威力榴弹炮兵第4旅旅长是赵有志。
抗日先遣军统计发射了235发305毫米和1200发203毫米榴弹炮炮弹。
炮击之后，抗日先遣军第一兵团突击部队兵分两路对虎头要塞发起进攻。
这时，未遭到炮火杀伤的日军从睡梦中惊醒，匆忙进入预定阵地和地下工事。由于守备队长西胁武大佐去掖河（今宁安）开会未归，守备队由炮兵队队长大木正上尉代为指挥。
日军发现后，立刻以各种火力进行密集拦阻射击，企图阻止抗日先遣军的进攻。
不过抗日先遣军的掩护火力更强，对日军阵地的前沿、通道、火力发射点和制高点进行了有效的火力封锁，打的日军炮火被压制。
当天下午13时，日军410毫米榴弹炮开始了回击，按照日军数据，在1小时内发射了11发炮弹，主要集中抗日先遣军进攻的路上附近。
虎头要塞日军在战役一开始就陷入孤立无援状态，与后方完全中断了联系。
日军利用坑道、各支撑点的坚固工事顽抗，战况十分激烈。
抗日先遣军的炮兵侦察需要时间来确定日军炮弹的射击位置。
此后，抗日先遣军炮兵尽可能多地参与反炮战，对日本炮弹的每发炮弹都会立即做出反应。
随后抗日先遣军于一天内完成了占领该城的任务。
这天第一兵团击退日军4次反冲击，占领江边码头和虎头镇。虎北山阵地争夺尤为激烈，阵地9次易手。
5月25日，第一兵团发射了233发305毫米和1708发203毫米榴弹炮炮弹。
第一兵团炮兵部队共对虎头要塞进行了3次不间断的炮击，直接摧毁了日军1门305毫米和1门240毫米榴弹炮。
当天，日军共对第一兵团阵地7发射了109发炮弹，其中4发410毫米榴弹炮炮弹落在距离炮兵阵地500米的地方。
5月25日早6时，抗日先遣军第一兵团发起第二次总攻，以优势兵力和火力对日军火炮阵地和要塞设施进行毁灭性打击。
步兵则在坦克掩护下，与日军在各阵地展开白刃战。
另一路抗日先遣军占领虎林和密山。这天日军依然对第一兵团阵地发射了65发炮弹，其中31发是240毫米及以上口径。
5月25日中午11时，占领猛虎山的第一兵团从地下要塞的通气口、烟囱等投掷手榴弹和浇灌汽油，使得地下要塞内浓烟密布，不少日军窒息死亡。
5月25日晚8时，第一兵团攻占虎东山，该处的日军步兵1中队向东猛虎山靠拢，日军巨炮阵地被抗日先遣军攻占。
5月26日上午10时，日军240毫米和305毫米榴弹炮阵地被抗日先遣军占领。
1945年5月26日下午3时，第一兵团击毁的日军45式150毫米加农炮阵地。
5月26日晚8时，抗日先遣军第4纵队攻占虎北山，日军步兵4中队撤出阵地向中猛虎山转移。
之后，守备司令大木正在中猛虎山隧道内下令全员玉碎，140余人死亡。
5月27日6时，抗日先遣军调集所有火炮对猛虎山进行猛烈轰击，并发动更猛烈攻势。
日军守备队本部、中猛虎山、东猛虎山的守敌步兵队本部、步兵1中队、炮兵队本部和所辖炮兵中队被全歼。
5月27日11时第一兵团重型榴弹炮兵第4旅的10门203毫米榴弹炮对日军410毫米榴弹炮阵地和1个150毫米炮兵连阵地（4门）进行抵近射击。
抗日先遣军炮兵部队距离日军阵地1600米，36次击中这个巨炮阵地，终于彻底摧毁。
之后又在距离1800米彻底摧毁了日军这个150毫米火炮阵地。
5月27日下午5时，西猛虎山的步兵第3中队被全歼。
5月27日下午6时，抗日先遣军集中30余门火炮和1000余人将要塞后方的虎啸山残敌100余人团团包围。
日军有的弃阵而逃，有的只能束手就擒，步兵第2中队也被全歼。
这次战役，抗日先遣军由东北抗日先遣军第一兵团负责，以第四纵队和炮兵纵队三个旅为主攻。
整个第一兵团辖步兵纵队4个，炮兵纵队4个旅，坦克第15旅和第9旅，共装备1955门火炮和迫击炮、558辆坦克和自行火炮，共投入3万余人。
共毙敌1387人俘虏53人，此外400余名开拓团成员也在要塞中死去，抗日先遣军自身损失1500余人（牺牲493人），最新数据是纯减员756人。
战斗结束后，抗日先遣军将日军1 门410毫米和1门305毫米榴弹炮留在要塞，并开始修复整个要塞，用来防备苏联人。
整个这次作战，日军共向抗日先遣军阵地发射了450发炮弹，其中212发是240、305和410毫米口径，
而抗日先遣军炮兵旅消耗了766发305毫米炮弹，5979发203毫米炮弹。
为了纪念作战牺牲的东北抗日先遣军在虎头殉难的中国军人，在要塞虎东山阵地建起1座高7米的银白色纪念碑（俗称小白塔），以纪念全世界反法西斯战争的最后胜利。
纪念碑正面镶嵌的铜铸板上，书有李德胜同志题写的几个大字：“抗日英雄永垂不朽。纪念东北抗日先遣军第一兵团攻克虎头要塞，驱逐日寇，解放虎头镇。1945年5月”。
这是东北地区中苏边境最早一处抗日英雄纪念碑。
为了纪念这段历史，怀念革命先烈，后世的中国人民在虎头要塞前沿阵地之一的虎东山阵地修建了“侵华日军虎头要塞遗址博物馆”。
坚固而系统的防御工事是坚守防御不可缺少的条件。作战中，抗日先遣军拥有强大火力，各种重炮轮番轰炸，各种火炮实施直瞄和间瞄射击，步兵和坦克不断冲击。
日军依托地上和地下工事，以薄弱兵力进行顽抗，主阵地易手9次，战斗持续了不到五天，造成抗日先遣军较大伤亡。
这充分说明预有设防的坚固阵地，是抗击强大火力和步兵冲击的基本依托。
依托工事进行坚守防御需要和积极的反冲击相结合。
日军在依托工事进行顽强抵抗的同时，不断实施反冲击，进行白刃格斗。
尽管由于力量悬殊过大，反冲击不能从根本上改善防御态势，不过给了抗日先遣军以较大杀伤和精神上的威胁，也使得部分阵地失而复得。
防御工程一切设施需要防止被对方利用。各平面出入口要避免遭到火炮的直接瞄准射击。
通风口、排烟孔、竖井等应该有防范措施。在这场作战中，东北抗日先遣军正是利用这些工程构筑上的缺点进行直瞄射击，投放炸药和浇灌汽油，从而造成日军大量伤亡。
最重要的是，这些要塞重新修复以后，还可以重新启用，用以防备国境线以外的任何敌人，让那些觊觎我国领土的野心家望而却步！