日军占领天津以后，耗费巨资修建了永备工事，筑大型碉堡380余座，小型碉堡数以千计。
还结合天津市内高大建筑，构建若干个既能独立坚守、又能以火力互相支援的防御要点。环绕市区周围，还挖有一条宽10米、深三四米、水深一二米的护城河。
护城河外侧密布铁丝网、地雷，内侧筑有土墙，土墙上有铁丝网、电网，每隔30米筑有一座碉堡。
华北日军司令官下村定自诩“大天津堡垒化”，天津城防“固若金汤”。
守备天津的华北日军为第110师团、第五师团等部，总兵力四万人，统归司令部司令官下村定专门指挥。
下村定虽感到固守天津是走投无路，但仍企图凭借坚固工事和充足粮食、弹药，拼死抵抗。
他将天津市区划分为三个防区和一个核心区，部署兵力。
下村定的防守特点是，以市区北部为重点，城北兵力较强；市区南部工事较强，但兵力较弱；中部兵力和工事则都比较弱。
下村定对日本天皇十分忠诚，对他的顶头上司兼老同学东久迩宫稔彦亲王更是死心塌地，声称绝不会不战而降，将效法苏联朱可夫死守斯大林格勒的精神，在天津逐屋抵抗，寸土必争。
其实下村定心里一点儿底没有，他不断搜集东北抗日先遣军部署信息，试图判明东北抗日先遣军真正进攻方向，以更加有效地分配防守兵力。
为此，下村定假装派人出城谈判，以获知李云龙的指挥所具体位置。
之前赵刚曾给下村定写过一封劝降信，但下村定毫无回应，李云龙等人早已知道这老鬼子决心顽抗到底，这次派人出城谈判的真实目的也不就言自明了。
“老李，下村定这个小鬼子居心不良啊，咱们小心点，别上了套了！”赵刚发觉这个下村定根本没有诚意。
“哈哈这个鬼子跟我这玩弯弯绕呢，这方面咱是他祖宗，看老子怎么玩他的！”李云龙多精的一个人，怎么可能被这小鬼子忽悠呢。
李云龙没有拆穿，而是将计就计，借助这次谈判会面，又给下村定下了一剂迷魂药。
谈判会面地点设在天津城南的杨柳青，李云龙的指挥所就在附近，本可以很快赶到，但他却让司机到天津发电厂绕了一圈，磨蹭了将近1小时才到。
见面时还向下村定的几个鬼子谈判代表道歉说，城北道路狭窄，老百姓的房子被你们烧了，都在拦路告状，车太不好走了，所以迟到了。
双方不疼不痒地谈了一些问题后，谈判代表回城向下村定报告了原委，下村定据此判断，李云龙从城赶来，指挥所必然在那里。
之前城东北部各军侦察，第一兵团派了一些部队开始试探性攻击，实际是第一兵团的佯攻部队，综合这些消息，第一兵团主攻方向必然是城北。
于是下村定将其王牌110师团从城中心金汤桥核心防守区抽调到城北。
李云龙信手一施，居然就有如此结果，也是他事先没有料到的。
战场上掌握敌方情报信息固然重要，但若把对方行动看得过重，弄得风声鹤唳，反而会导致己方误判。
若在平时，下村定自然不会被李云龙的迷魂药干扰，但东北抗日先遣军数十万人兵临城下，重压之下产生误判也属正常，结果致命天津守城部队跟着李云龙的指挥棒走。
李云龙的第一兵团打过四平、锦州，沈阳等城市，在城市攻坚战上吃过亏也很有经验，所以在发动总攻前，李云龙向各部队提出了攻城三原则，再次高度体现了第一兵团善打算盘不浪战、爱护士兵以及提高战斗效率的特点。
一.突破前沿战斗中，炮兵坦克的火力掩护、爆破组的开道、架桥组的架桥、尖刀连的勇猛突击，务必密切结合，做到协同动作完满、突破前沿有保证。
二.应在思想上和部署上有打退敌人反冲锋的准备，把打退敌人反冲锋看作是消灭敌人的一种必要手段。
三.在战法上运用“先分割、后围歼、先吃肉、后啃骨头”的战术。
李云龙还形象地比喻，天津城的防守，就像小孩子穿大棉袄——处处漏空。
1945年8月10日清晨，抗日先遣军攻城部队进入出发阵地。9时左右，敌人的外围工事清晰可辨。
第一兵团炮群掀掉伪装，炮筒昂头挺立。在天津前线指挥部里，李云龙司令员右手拿着已接通各纵队指挥所的电话，双眼紧盯着左手腕上的手表。10点整，刘亚楼一声令下：“总攻击开始！”
战斗开始，两千多门火炮齐射，上万发炮弹呼啸划过天空，第一兵团集中5个纵队约10万人，从东、西、南三个方向对守敌发起总攻。
作为平津战役重要组成的天津战役正式打响！
面对号称“固若金汤”的天津城防系统，第一兵团前线指挥部制定了“东西对进，拦腰斩断，先南后北、各个击破”的作战方针，组建东西两个突击集团，同时向金汤桥挺进。
第一兵团东西两支部队仅用19个小时就在金汤桥胜利会师，完成了拦腰斩断敌军的任务，金汤桥也成为天津获得新生的起点。
与此同时，两集团迅速向南北两翼进攻，狠狠咬住各自对面的敌人，使其首尾不能相顾。
第一兵团兵力有优势，应当敢于舍弃敌人以碉堡为中心的防守地段，向其兵力无法顾及的空白地带穿插，彻底粉碎敌人的防御体系，让他们的碉堡变成孤岛，陷入我军汪洋之中。待占据城区大部分，再回过头来一个一个啃掉。
事实证明，正是这一原则，不仅战略上一举瘫痪了下村定的堡垒防御体系，还在战术上让守城日军一线部队呆若木鸡。
抗日先遣军冲入城中后，遇到碉堡并没有不要命地玩炸、冲、再炸、拿下的经典套路，而是留下部分兵力牵制，更多的人山呼海啸地冲入城内空白区。
等抗日先遣军再回过头来打碉堡，日军守城部队彼此之间失去联系，很多工事内的敌军都陷入绝望之中，不怎么抵抗就投降了，这无疑从相当程度上减少了抗日先遣军战士的伤亡。
11日5时，东北抗日先遣军部队攻至天津华北日军司令部指挥所，负隅顽抗的日军抵挡不住，防线一点点压缩到下村定所在的司令部地下室。
1纵1师1 团6连副排长邢长福率战士王海春率先冲入地下室，生俘下村定等高级军官等50余人，这些鬼子竟然没有一个剖腹自杀。
下村定此时已不复战前的蛮横强硬，脸如死灰地向仍在抵抗的各支部队打电话下令，停止抵抗，全军投降。
至11日下午3时，天津城内结束了战斗，这座华北最大的工业城市回到人民的怀抱。
此战，东北抗日先遣军第一兵团共歼敌2个师团共4万人，战斗仅仅花了29个小时。
由于采用的战略战术得当，10万攻城部队仅伤亡了5000多人，伤亡率仅5%，相比沈阳、长春、哈尔滨等经过大规模城市攻坚战才获得的大城市战役，这个伤亡率创了最少纪录。
天津攻坚战是平津战役中东北抗日先遣军首次在水网低洼地形条件下，对坚固设防的大城市实施的大规模战役。
此次战役中，步兵、炮兵、工兵、装甲兵等诸兵种协同作战，显示出东北抗日先遣军强大的攻坚能力。
以军事手段彻底消灭敌人的天津攻坚战，被李德胜同志称为“解放战争的三种基本方式之一”，对此后的解放战争具有重要指导意义，为和平解决北平创造了有利条件。