从泰来江岸上平视江面，这个时节江中水不甚多，但眼前一片开阔，江面与江岸尽收眼底，作为阻击来犯敌寇的天然屏障实是再好不过。但是一旦这一屏障被突破，松嫩平原的大片平地是不利于武器装备落后的东北军作战的。

10月16日，张海鹏派遣的伪军率先犯境，伪军旅长徐景隆率３个团于拂晓向嫩江桥发起攻击。东北军卫队团与工兵营两个连、辎重兵1连、炮兵1营顽强反击。徐景龙触地雷身亡，所属伪军伤亡惨重，并有大量伪军战场倒戈，起义投诚。江桥抗战的第一次战斗以马占山部的完胜而告终。为了防止伪军再犯，守军将嫩江桥炸毁了一部分。

守军炸毁江桥后，日本人认为这是进犯黑龙江最好的借口。日本驻黑龙江省领事清水八百一向黑龙江**发来照会，提出要“派工修复江桥”，当即遭到黑龙江省方面拒绝。气急败坏的日本人不久后又以关东军司令部的名义向马占山提出：“迅速修复嫩江桥，限期一周。”马占山又予以严词拒绝。11月3日，时任齐齐哈尔特务机关长林义秀发来最后通牒：“在11月4日中午12时以前，两军撤至距桥十公里外，在修桥任务未完成前不得进入十公里之内。对不答应上述要求者，视为对日军怀有敌意，当依法诉诸武力，特此警告。”马占山决定对日军修桥不予干涉，但如果进攻中国军队，则采取自卫措施。此时，江桥之战已经一触可发，双方军队严阵以待，等待着那历史性的一刻。

11月4日凌晨，日军嫩江支队主力到达江桥，4000多名日军由滨本大佐指挥，在7架飞机、4辆坦克和40门重炮的掩护下悍然向江桥发动进攻。日军500多名步兵率先突入江桥左翼阵地，主力部队则从江桥正面向东北军阵地猛攻，企图一举拿下江桥主阵地。马占山卫队团徐宝珍部、张竞渡部奋起反击，多次打退敌人的疯狂进攻。

下午3时，敌人集中兵力密集进攻。我军指挥官沉着指挥，在敌人攻近至只有百米左右时，令全军枪炮齐发。趁敌人一阵慌乱，我军全线冲入敌群中与日军展开白刃战。敌人的飞机、大炮这个时候失去了作用，敌步兵开始向江桥方向溃败。这时，预伏在江岸芦苇中的东北军部队杀声震天地冲了出来，截断了日军的退路。仓皇逃窜的日军有的陷入苇塘泥潭，有的慌不择路跳入江中。敌人增派的援军也在桥上被我军骑兵冲断，一股回撤，一股被迫逃往我军左翼阵地，被包围全歼，扔下了400多具尸体。

4日入夜后，日军在一阵炮击掩护后分乘近百只小船渡水偷袭。待船快要抵达北岸时，潜伏在芦苇内的中国军队突然开火，日军措手不及仓促应战，死伤落水者不计其数，剩下的日军只好退回。11月4日这一天，东北军以伤亡300多人代价，毙伤日伪军1000余人。日方飞行员大针新一郎在低飞投弹时被我军击伤。

11月5日，日军再次发动进攻。他们先是用炮火压制守军的火力，紧接着日伪军8000余人在大炮和飞机掩护下，日军从中路、伪军从左右两路渡江。当船到江心时，中国军队猛烈还击，日伪军虽伤亡很大仍挣扎强渡。10时，日军占领江岸第一线阵地，守军分撤至左右两翼阵地，日军继而向第二道防线大兴阵地猛攻，遭到守军的顽强抗击。中午，马占山赶到前线，指挥吴德霖团和徐宝珍团从正面反攻，另急调骑兵第1旅萨布力团从两翼包抄日军。从15时血战到日暮，由于“中国军队用步兵及骑兵实行包围式之反攻，日军蒙受极大之损失；而不得不向后撤退”。同时，守军还将伪军击溃，夺回被占领的阵地。这一日，中国军队伤亡200余人，击毙日军167人，击伤600余人，毙伪军700余人。

6日，日军增调了近万人的重兵继续强攻。守军步兵第4团、5团（各欠一个营）及卫队团等顽强抵抗。战斗中，马占山亲自到前线督师，士气大振，到12时将日伪军击退。旋即，日军又增大批主力军进行强攻，遂占领大兴主阵地。中国军队拼命冲杀，白刃格斗，喊杀之声震天动地，几次夺回失去的阵地。

江桥之战打得最激烈的就是大兴战役，阵地几度易手，抗日将士与敌人“血肉相搏，死伤枕藉”。日本拥有铁甲车、坦克、重炮，我守军则只有轻武器，甚至更简单的刀枪棍棒之类武器。在敌人的坦克攻上我军阵地的时候，我军战士就把手榴弹捆在身上，滚到坦克底下，以身体炸坦克。但终因连日苦战，伤亡很大，又无援军，弹药告罄，工事被毁修筑不及，守军不得不于当晚撤至三间房一带。此战，中国军队伤亡1850余人，毙日伪军2000余人，击落飞机1架。日军滨本支队几乎被全歼，高波骑兵队伤亡殆尽。这一天是江桥抗战自开战以来战斗规模最大、伤亡人数最多的一天。由于江岸阵地已失，中国军队面临着无险可守、敌兵愈来愈多的艰难境地。

11月7日，大批日伪军在10架飞机掩护下，向马占山部退守的三间房南汤池猛攻。危急时刻，张殿九旅和苏炳文旅一个混成团赶到，迅速加入到战斗中，战至午后将日伪军击退。此战中国军队伤300余人，毙伤日军600余人、伪军千余人。

由于在江桥作战中损失严重，此时的日军也不得不向本部请求援军。日军攻势暂缓，双方进入下一阶段战斗的准备当中。