黑山、大虎山地勢險要，兩邊是高山和沼澤，只有中間一條走廊，是瀋陽通往錦州的必經之路。因此，廖耀湘兵團西進必走此路。
1948年10月21日，梁興初接到東北野戰軍總部電令，命其率領第10縱隊在黑山阻擊廖耀湘兵團。
10月22日凌晨，梁興初、周赤萍率第10縱隊的28師、 29師、30師和第1縱隊第3師，急行軍趕到指定位置，搶修工事。廖耀湘的西進兵團，有國民黨嫡系部隊新1軍、新6軍、 207師，加上71軍、49軍共4個軍12個師，全部是美式裝備的機械化部隊，有大量飛機、坦克和上千門大炮配合作戰，是東北國民黨軍主力中的主力。
10月23日上午9時，廖耀湘的先頭部隊沿新立屯、芳山鎮南下，直逼我軍28師82團尖山子陣地。黑山阻擊戰的前哨戰打響了。
一小時內，敵人以兩個營兵力向82團7連陣地發起三次衝鋒，都被擊退。東野指揮部接到戰況報告，立即給10縱指揮所回電：「盼望你們加強決心，深入動員，務使敵在我陣地前屍橫遍野而毫無進展。只要守住黑山3天，西進之敵必遭全殲。」東野的命令立即傳遍了10縱的每一個陣地，堅守3天就是勝利。
我軍82團7連在連續擊退敵人5次衝鋒後，終于堅守到黃昏7時，勝利撤出陣地。他們在子彈、手榴彈全部打完後，是用石頭打退了敵人第5次進攻得，為整個縱隊爭取了一整天的戰前準備時間。
10月24日凌晨6時，4架野馬式敵機，飛抵黑山上空，成串炸彈傾落下來，黑山城頓時被撕裂開，與此同時，張家窩棚方向的敵重炮群，也以雨注般的炮火，向高家屯一線劈頭蓋臉地打過來。幾天來等待的一場惡戰終於開始了。
這一天，最慘烈的戰鬥發生在高家屯一線。堅守在高家屯的10縱隊28師84團第2營，在僅有一個山炮營炮火支持下，堅守101、 92、石頭山三處陣地，與主攻的國民黨部隊「青年軍」第207師第3旅展開了反覆的衝殺，頑強奮戰。
「青年軍」是蔣介石的嫡系部隊，聚集了「效忠黨國」的青年精英。他們第一次衝鋒被擊退後，旋即又以3個營的兵力，發起第二次和第三次猛攻。
「人在陣地在」的口號鼓舞著2營全體指戰員，他們按照「走不近不打，瞄不準不打」的命令，每次都以突然而密集的火力，給敵人以慘重殺傷。敵人三次衝鋒，遺屍數百，寸土未進，2營陣地工事大部被毀，人員傷亡較大。12時，國民黨王牌軍新1軍投入戰鬥，併集中重炮，向高家屯三處陣地猛轟。12時半，敵人2個營連續猛攻高家屯石頭山陣地，我2營第4連連續擊退敵人三次衝鋒。
當敵人緊接著發起第四次衝鋒時，陣地上只剩下4人，激戰到14時半，石頭山陣地被敵人佔領。15時，敵一個營會同佔領石頭山的敵人，由西、北兩個方向，同時向92高地猛攻。堅守陣地的第4連官兵，這時只有20餘人，連續打退了敵人三次衝鋒，增援部隊，中途遭到炮擊，大部傷亡，92高地失守。
敵人對高家屯一線陣地採取各個擊破的方法，在先後攻克石頭山、92高地後，又於15時30分集中兩個營的兵力，向101高地發起猛烈的衝擊。與此同時，敵第71軍在大白臺子受挫後，又以4個營兵力，分三路向第29師陣地進攻。梁興初發現敵主力有向西迂迴的企圖，令第30師速派部隊搶佔清臺泡、於樹子一線，堅決阻敵向西迂迴。
至此，第10縱隊南起大虎山鐵橋，西至水淦，全線投入了戰鬥。戰鬥的焦點，仍然集中在高家電陣地。101高地現在成為敵人最後的一顆眼中釘，也是第10縱隊尚能控制高家屯一線的最後一個制高點。
此時， 101高地已是彈坑累累，工事全被摧毀，守在陣地上的2營第4第6連及營部通信班這時只剩20餘人。他們利用炮彈坑隱蔽身體，以手榴彈打退了敵人四次衝鋒。敵攻擊部隊雖傷亡慘重，仍不顧一切從三面圍攻，最後2營5名戰士，端起刺刀向敵人發起第5次反衝鋒。
高家屯一線陣地失守，廖耀湘兵團必將直逼黑山城下，並趁此撕開突破口，進而攻佔整個黑山陣地。在這千鈞一髮的關頭，兩眼通紅的第28師師長賀慶積表現出高度的沉著和果斷，立即命令所屬部隊的12門山炮集中火力向101高地轟擊，隨即又令82團第1營第3營，統由第84團團長藍芹指揮，向101高地、92高地、石頭山三處實施反擊， 16時50分，經過30分鐘的反衝鋒，我軍終於奪回了失去的陣地。
連續兩天進攻黑山的國民黨軍連一個101高地也本不下來，氣得蔣介石不斷罵娘。敵人的71軍、207師和新一軍傷亡很大，給廖耀湘心頭壓上了一塊很大的石頭。敵軍指揮官潘裕昆於24晚上對廖耀湘說：「算了吧，不攻黑山，我們繞過去逃走就得了。」廖耀湘說：「那樣怎麼行？我們佔領黑山才能掩護兵團主力撤退，如不能佔領黑山，也要牽制住共軍，以免截斷我軍西進兵團主力的轉移。」「再說，要講跑，我們哪裡跑得過共軍？我們最多一天行軍八九十裡，共軍一天最少行軍一百二三十裡，何況我們又是這麼大的兵團。」新六軍軍長李濤說：「這麼說司令官的意思是一定要打下黑山？」廖耀湘頭也不抬地說：「必須打下黑山。」李濤說：「207師的許萬春師長吹得天花亂墜，說207師如何如何，結果呢，幾乎全軍覆沒在高家屯其實他們根本不行，明天，看我們新6軍去拿下黑山給許萬春看看。」
25日，是東野指揮部命令第10縱隊必須死守三天的最後一天，堅守住這一天，東北野戰軍揮師東上就能將廖耀湘兵團團團包圍，最後全部消滅。如果讓敵人突破防線，東野的計劃將破產，給全部戰役帶來極大的困難。第10縱隊指揮部迅速調整了兵力部署，為了防止敵人重炮轟頂，我軍在半山腰埋伏小股部隊，操輕重機槍，等敵人衝上山頭，前後夾擊敵人。
25日，新一軍、 71軍全線出擊，李濤的新6軍代替207師主攻黑山的101高地。廖耀湘重炮開路，炮彈狂炸，炮聲轟鳴 。8時許，炮聲剛停下來，10架敵機又輪番進行低空轟炸掃射。接著敵新六軍169師全師出動，向101 、92高地，以成團的兵力發起猛攻。敵人滿以為這時候我們的部隊毫無生存的餘地了，豈知我們的戰士都機智地隱藏在山背後防炮洞裡，敵炮火一停，他們閃電般突然出現在敵人面前，成串的手榴彈勢如雨落，機槍火力密集，剎那間，敵人一片一片倒下，在一個小時內，敵人向高家電陣地發起三次進攻，都遭到同樣下場。
敵人三次進攻未成，採取了最毒辣的手段：以一個連兵力向石頭山發起衝鋒，待解放軍一個排與他們扭在一起時，馬上猛烈發射炮彈，將他們的這一連人作為犧牲品，一起轟擊，石頭山就這樣失守了。
石頭山失守，92高地的側翼暴露 。10時，敵人以4個營的兵力由石頭山、山東屯兩個方面進行夾擊。衝鋒部隊一暴露在我炮兵射程內，第28師所屬山炮營，便向敵人發起猛烈轟擊，使敵人未能靠近陣地，即遭到很大殺傷，紛紛敗退下去。隨後，敵169師調集了幾個重炮群，向我10縱隊山炮陣地進行瘋狂轟擊，同時又糾集4個營繼續向92高地衝鋒。連續擊退敵人的四次衝鋒後， 92高地上只剩下十餘名戰士。戰至11時，敵人以兩個營兵力，分三路發起衝鋒，這十幾位英雄好漢同時拉開集束手榴彈與敵同歸於盡。
敵人佔領92高地後，矛頭立即轉向101高地敵。第169師將其進攻部隊組成兩個梯隊，每次以兩個營以上的兵力，在督戰隊的威逼下，向101高地發起潮水般的衝擊。固守陣地的部隊每次都把敵人放到最近距離，以統一的口令，突然用密集的火力殺傷敵人。這樣反覆爭奪20餘次，相持到下午2時，陣地前敵屍成堆。
氣極無奈的敵新6軍軍長李濤，在山腳下又搬出了蔣介石的「老法寶」—用金錢利誘，組織了「敢死隊」。可300多人的「敢死隊」一陣衝鋒就傷亡過半，其餘拔腿就跑最後，敵人不得不拿出手中的最後一張「王牌」，由國民黨黨徒和尉級軍官組成了「效忠黨國先鋒隊」赤膊上陣了。
「先鋒隊」在山腳下排成一字隊形，組成五六道人牆，前呼後擁衝向陣地。我2營戰士以大無畏的英雄氣慨，與敵人反覆衝殺了20多分鐘，戰士們個個血濺滿身，刺刀卷刃，槍託打折，拼死將敵擊退「先鋒隊」。剛一敗北，敵重炮群再次向101高地發動猛烈炮擊，同時，對該高地實施三面合圍衝鋒，戰至16時，2營全營官兵傷亡，陣地失守。
梁興初命令全縱隊炮兵集中轟擊101高地，並抽調30師的89團增援28師，28師賀慶積師長親自到一線組織師部的通信兵和參謀人員投入反擊。82團和84團3營所有兵力分四路直撲高家屯，所有的山炮迫擊炮和步兵炮火，都為他們擂鼓助威，82團1連在戰鬥英雄倪恩善帶領下，飛登101高地山腰，戰士張連發連破敵人4個機槍火力點，把紅旗插上101高地山頂。84團3營從兩側蜂擁而上，經過短兵相接，全殲守敵一個連。82團2營、 3營攻上石頭山與92高地，激戰半小時，到下午6時50分，終於全部收復了高家屯陣地。
第10縱隊和第1縱隊第3師，頑強地阻擊五倍於己的敵人。經過3天激戰，斃傷敵8015人，俘敵6299人，阻止了廖耀湘兵團西進之路，使其失去南撤營口的時機，為東北野戰軍主力部隊回師遼西爭取了時間。黑山，也因此成為中國戰爭史上的名縣。