日本陆军第一师团的残余部队，原来见驻守营口的海军七艘舰只全军覆没，士气本就深受打击，接着又受到人民革命军超乎寻常的猛烈炮击，以及疯狂的冲锋，几近崩溃边缘，结果一见山地元治中将等人临阵脱逃，顿时士气全无，很快就被剿灭干净，甚至还有日军士兵选择了投降。
这时候，进攻的人民革命军也派出了一支队伍沿着海岸搜索落水的日军军官团，果然很快在沙滩上俘虏了刚爬上岸的山地元治中将和他的军官团。此时山地元治中将由于游泳用力过猛，加上年纪颇大，早已体力透支，要不是他的同僚硬是给他拽上来，恐怕他要淹死在这海里。
不过，五十五岁的山地元治中将其实早已经有患病，在原来那个时空在甲午战争两年之后便病死了，现在经过刚才的一番折腾，又突然见冲上来的人民革命军士兵，顿时一口气喘不上来，结果当场猝死在沙滩上，而其他日军军官则全部被俘虏。
差不多又过了一个小时二十分钟，日本联队舰队终于到达距离营口码头十公里外，并调整舰队队形，调转炮口，然后朝着营口码头、营口炮台不断逼近。而此时在营口炮台上，为了避免不必要的伤亡，射程较近的山炮被撤了，在重炮炮位上，大量沙袋被层层码起来。在营口西城区临海一面，人民革命军利用城区里少有的几座坚固钢筋混凝土建筑，紧急构筑了重炮阵地。除了炮兵部队外，距离海岸八公里范围内的人民革命军被撤离到可靠掩体之中躲避即将开始的炮战。
“轰轰！”在日本军舰进入九公里射程范围内，人民革命军在营口炮台和西城区临时炮台的三十门150毫米重炮全部开炮了。眼见岸上炮台发射的火光，原本心里在想人民革命军在浪费炮弹的日本海军水兵们，在十来秒之后，就陷入哀嚎之中。由于日军联合舰队司令伊东佑亨，此时并不清楚人民革命军陆战炮的射程得到大幅度增加，所以日军十一艘军舰为了增加炮击的火力，竟然一字排开以侧舷准备对岸炮击，不想这扩大了人民革命炮兵射击的目标。这一艘艘几十米长的军舰，尽管距离几公里，但是仍然成为人民革命的活靶子，三十门火炮自由射击，第一轮三十发炮弹，直接命中二十发，每艘日本军舰都挨了一发。
在日军甲板上的水兵们第一次见识到中国军队大口径榴弹的威力，所以他们的反应是猝不及防，成批的水兵倒在血泊中。在他们还没有反应过来之时，人民革命军的第二轮炮击又来，这次炮击命中得更多，二十六发命中。tNt炸药的冲击波和榴弹的弹片，使得日军甲板上没有装甲防护的日本水兵士兵，再无一人是完整的。
人民革命军第三轮炮击之前，日军各八艘主力舰的主炮发炮了，不过由于这些主炮大多只有八公里射程，所以炮弹大多落在沙滩上，虽然日军军舰舰炮射程不如人民革命军的重炮，气得伊东佑亨骂道：“肯定是西洋人卖新式炮弹给清国人！可恨！”
“砰，砰”人民革命军第三轮炮击又都砸了过来，这次甚至伊东佑亨所在的松岛舰指挥塔的玻璃都被弹片击碎，整支日本舰队水兵已经死伤三百多人。
“轰，轰”日本舰队的各主炮又发射了，这次营口炮台和西城区临时炮台终于进入了射程。不过日军的第二轮炮击仍然没有命中人民革命军的炮兵，反倒是砸塌了西城区临时炮台附近的夯土民房。
“轰，轰”人民革命军的第四轮炮击三十发全部命中日本军舰，强烈的爆炸冲击波，甚至摧毁军舰钢铁悬梯，日军甲板上除了炮塔上，再无一人敢露出装甲外面，但是即使这样在榴弹爆炸的附近，不少士兵被冲击波震得口吐鲜血，内脏破碎，当场殒命。
日本军舰上炮兵不顾周边的爆炸，马上进行了第三轮炮击，由于日本水兵大多训练有素，所以第三轮炮击，大量炮弹开始击中人民革命军的炮台，其中有一发炮弹命中营口炮台的重炮位，七名人民革命军重炮炮手当场牺牲，而西城区临时炮台的部分墙体也坍塌下来，有一个炮手被砸死。
人民革命军的炮兵们此时已经无暇顾及伤亡的弟兄，马上又开始进行猛烈的第五轮炮击。由于此时日军军舰已经进到七公里外，使得人民革命军的重炮炮弹冲击力更大了，日本松岛舰指挥塔被精准地命中了一发，伊东佑亨被冲击波推倒在地上，挣扎了几下才站起来，眼见人民革命军的炮火犀利，再这样下去，恐怕联合舰队要折损在这里，所以伊东佑亨下令全速撤退。
由于要全速撤退，日本联合舰队并未进行第四轮炮击，便加速朝外海逃窜。人民革命军自然不会这么轻易放走日本军舰，在日本联合舰队逃出射程范围之外，又对日军三艘速度较慢的老旧军舰进行了两轮集火炮击，重创了比睿、金刚，击中了高雄舰的弹药舱，引起殉爆，船身当场被炸裂开来，军舰无法继续航行，最后成为人民革命军炮兵的靶船，在连续炮轰不到十分钟下沉入海底，其舰上水兵无一生还。
这次持续十几分钟的海陆炮战随着高雄舰高雄舰沉入海底而结束。至此，人民革命军正式收复营口，并击退了日本联合舰队的进攻，守住了港口。
营口收复战，日本陆军第一师团全军覆没，日本联合舰队八艘军舰被击沉。人民革命军击毙山地元治中将及以下日本陆军7363人，俘虏日本陆军376人，击毙日本海军官兵673人，击伤日本海军官兵517人，缴获日式步枪7513支，原清军装备的德式步枪3217支，清军燧发枪2178支，还有一大堆人民军懒得清点的抬枪、火绳枪，甚至还有大刀和长矛，此外还缴获了三门山炮，五十万发各式子弹，三千发山炮实心炮弹，战马812匹，粮食700多吨，草料1000余吨，日本银元、清朝库银、民间碎银、金块等财物折合清朝库平银一百万两。
当然，人民革命军在这场战役中，损失也很大，有2519人阵亡，2786人受伤，一门重炮、五门山炮被击毁，五门重炮因炮管使用寿命超限而报废。在交战中，还有325名营口城平民死于战火，两百多栋民房毁于双方的炮击。随着战斗结束，人民革命军也开始在营口开展战后重建，安抚当地老百姓。