20日拂晓，攻城部队在东西金斗营集结完毕，下午冒雨开进，22时完成对阳谷的合围。
21日拂晓，战斗打响，主攻方向第七团第一营突击连一个班，在东门突破成功，但因梯子折断，后续部队无法登城，被敌反扑下来；助攻方向的北、南门攻击也未能奏效，首次攻击失利。
攻城部队一面加紧佯攻，消耗疲惫敌人，一面反复勘察，调整部署，准备再次攻击。
两天后的23日夜，担任主攻的第七团第三营、第二营分别在北门、东北角，担任助攻的第七团第一营、第五团、第六团分别在东、南、西门，进入攻击出发阵地。
24日凌晨，由炮兵、轻重机枪、特等射手组成的火力队，对准区分的目标一齐开火，伪军的火力点和射孔被死死封住，顿时成了哑巴。
攻击部队在"攻克阳谷城，歼灭治安军，活捉张育焕"的口号声中，5处同时发起攻击，第三营八连、第二营五连率先登城成功，并巩固了突破口，接着，南门、西门突破敌防御。守敌放弃城垣，涌入城内。