第三十三旅的部署，成功地迷惑了日軍。受其影響，日軍仍然堅持把滬太公路作為主要防守方向，搶占羅店的日軍炮兵也不停地向國軍第三十三旅、第六十六團兩級指揮所開設地西錢宅村、唐家灣村實施火力襲擾。占領羅店的日軍還聯係日本海軍，日軍航母起飛一個六架機群對唐家灣實施了轟炸空襲，造成唐家灣村多處房屋被炸坍塌，起火焚毀。
在滬太公路方向，第六十六團佯攻部隊已經拉開進攻決戰架式，成功吸引了搶占羅店的日軍主力。第六十六團第1營派一加強連提前繞行至羅店北麵，先行攻占羅店北麵門戶陸家村，切斷了羅店日軍的退路和來援日軍的通道。
按旅部作戰部署，進攻部隊秘密接近羅店的東、南、北三麵，靜候進攻號令。
下午2時40許，第十一師山炮營在炮兵觀測所的指揮下，開始向羅店鎮試射，基準炮瞄準了鎮口日軍工事，“轟”地一聲巨響，炮彈首發命中，在工事間爆炸，火光和硝煙升騰而起，三四個正在搬運東西的日軍士兵被掀翻，有的倒地不起，有的不停地慘叫。
緊接著，師山炮營全營齊射，之後是急促效力射擊。一時間，羅店鎮火光四起、硝煙滾滾、雷聲陣陣。
受到國軍密集炮火打擊，羅店日軍驚異失措，一片混亂，陣地開始**起來。
十分鍾的炮火打擊過後，第三十三旅前指向各營發出了進攻的命令，進攻部隊向羅店發起了全麵進攻。
搶占羅店的日軍部署有迫擊炮和步兵炮各4門，他們發現了國軍的進攻意圖，組織炮兵向進攻部隊實施炮火攔阻與打擊。第三十三旅直屬炮兵連有四門82毫米迫擊炮，迫擊炮連將四門火炮隱蔽分散設置射擊陣地，一發現日軍炮兵射擊，即對敵炮兵陣地開展反製射擊，成功摧毀日軍火炮8門。
日軍炮兵陣地被摧毀後，進攻部隊壓力頓時大減。