东北的夏天，天黑的特别晚。5月28日傍晚6点左右，太阳还高悬在山坡上，密山的第一天战斗还没有结束。苏军在穆棱河南岸正对穆棱河大桥的方位上，增加了三个炮兵阵地、累计70多门火炮，口径从144毫米到203毫米不等，力图压制穆棱河北岸的我军火力，掩护步兵夺取大桥。与此同时，又有2个苏军步兵师陆续抵达密山附近。
傍晚6点20分，穆棱河南岸的苏军炮兵阵地开始第一次齐射。203毫米超大口径榴弹炮发出的震动甚至在几公里外都能察觉，数十发炮弹尖啸着飞向10公里外的我军防御工事，震耳欲聋的爆炸声很快响彻十多公里长的第133师阵地，爆炸激起的浓烈烟尘遮蔽了大片山坡，形成一堵异常壮观的“烟幕”。灼热的火焰燃烧着山坡上的灌木，像是要把整个丘陵都化为灰烬一般。在短短的15分钟内，苏军连续发动了6次齐射，巨大的炮弹不停地落在穆棱河北岸的山坡上，直径两米多的弹坑遍地可见，熊熊的火焰此起彼伏，仿佛一条在森林中肆虐的火龙。每次苏军齐射时，大地就一阵剧烈的颤抖，每一块石头、每一颗树木都在摇晃，泥土和石块被气浪高高抛到空中，又像倾盆暴雨一般降落在阵地上，将一切幸存的灌木、野草都埋在成吨的泥土底下；在泥土的缝隙中，还隐隐看的到鲜血在流淌，这鲜血从密山的山坡一直流淌到山脚。
第133师参谋长在漫天尘土中坚持指挥着穆棱河大桥的防御作战。在猛烈炮火的掩护下，苏军整整两个营的步兵高呼着“乌拉！”的口号，从原始森林的空隙中像潮水般蜂拥而来，在500米的距离上，可以清晰的看到苏军鲜红的双头鹰军旗在猎猎飘动着。当中**队的机枪开始怒吼时，苏军步兵就立即卧倒匍匐前进，只有军旗仍然屹立不动，每隔二三十米就可以看到一面耀武扬威的双头鹰。部署在南岸桥头的两个机枪连连续20多分钟疯狂扫射，配合一个迫击炮营的近距离火力支援，几乎把桥头200米的区域变成了一片恐怖的地狱，每一寸土地都被迫击炮弹犁过十多遍，苏军的尸体重重叠叠地倒在这片不大的区域上，有的尸体甚至就倒在中国机枪手的脚边，他们死去的时候还紧紧握着手中的冲锋枪……
大桥守军被自己的战果吓坏了，他们的机枪累计已经轰鸣了5个多小时，枪管已经被打的通红，不得不从桥下取来一桶又一桶的河水进行冷却。机枪连也遭遇了严重伤亡，苏军投掷的手雷好几次在机枪掩体后面爆炸，连续炸死了六个机枪手，甚至险些引起弹药连锁爆炸。苏军密集的冲锋枪射击也造成机枪连和迫击炮营士兵大量伤亡，连迫击炮营营长都被冲锋枪击中左臂，被迫接受紧急治疗。师参谋长通过电话调来了两个连的步兵，作为守卫穆棱河大桥的预备队；为了防备苏军有可能发动的坦克突击，还专门调来了一个37毫米反坦克炮连，在野战炮营的身后随时待命。
夜幕渐渐降临，苏军的火炮齐射也渐渐停止，大桥周围又恢复了平静。苏军的炮火虽然异常震撼人心，但实际造成的破坏并不大，因为他们无法在中**队阵地附近部署炮兵观察员，不知道中**队的火力点究竟部署在什么位置，因此只能进行大面积地毯式轰击，缺乏瞄准精度。除了围绕穆棱河大桥展开争夺外，苏军还出动2个步兵团在穆棱河上的十多处浅滩发动涉水进攻，企图徒步涉过穆棱河，攻下河对岸的中**队阵地。他们天真地认为，几次火炮齐射已经彻底摧毁了河对岸的中**队火力点，现在只需要冲过河去，与对方来一场刺刀见红的白刃战，就可以顺利夺取密山阵地了。
可是苏军士兵刚刚徒涉到河心，就遭到第133师火力点的猛烈射击；只要苏军的远程炮火齐射一停止，中**人就从掩体中爬出来，用机枪、迫击炮和小口径野炮对苏军最密集的部位猛轰不止，苏联步兵在每一个浅滩都遭受了惨重损失。宽阔的穆棱河河面上再次漂满了尸体，而且是绵延十多公里的尸体、残肢和血迹，不过这次换成了苏联人的尸体。只有极少数苏联士兵能够成功徒涉过穆棱河，接着依靠河对岸的巨石、山坡、灌木等天然掩体，对中国阵地进行射击，但这样的进攻效果微乎其微。截止晚上8点，天已经完全黑透，苏联士兵除了在穆棱河北岸挖了几个散兵坑，架设了几挺机枪之外，几乎没有任何成果。向穆棱河北岸发动徒涉攻势的2个苏军步兵团，有一个步兵团已经被打的奄奄一息，连军旗都被炮火撕的粉碎；另一个团也遭到了沉重打击。
经过1个多小时的炮火猛轰，苏军发现他们没有达到目的，既没能摧毁穆棱河对岸的我军防御工事，也没能压制住我军火力点，苏军步兵的伤亡却已经攀升到2000人以上。归根结底，苏军的炮火缺乏精度，无法直接命中我军防御工事，只能通过大面积狂轰滥炸来压制我军火力；况且密山的防御工事修筑的非常坚固，某些地下掩体甚至深达6米，大口径榴弹炮周围的防护水泥厚度超过60厘米，即使被一枚180毫米榴弹正面命中，也不会被炸穿。负责围攻密山的苏联第22集团军司令员罗科索夫斯基中将终于意识到，要迅速攻陷密山堡垒，非得动用坦克不可。在这位著名将领的回忆录中，他写道：“密山是我军在中国境内碰到的第一个钉子。当时的局面非常窘迫，我指挥的集团军虽然拥有10到20倍的优势兵力，却对中国国防军的纵深防御工事毫无办法；当然，用步兵攻下密山也不是不可能，但那要耗费太多的时间，而且损失过于巨大，甚至会延误整个东北战场的战机。”
当天夜里，苏军以小股兵力进行了试探性进攻，但在复杂的森林地形下，夜间进攻并没有太大的成效。苏军第10坦克师已经攻占了鸡西，但驻守鸡西的第508步兵团已经与密山守军会合，苏军坦克部队夺取的只是一座空城，成千上万的普通百姓因为害怕苏军的淫威，成群结队地沿着公路逃离鸡西，向牡丹江逃去，留在鸡西的少数市民也躲在家里闭门不出，整座城市在夜晚陷入一片黑暗。苏军第9坦克师则渡过了穆棱河，向七台河发起突击，截止当天晚上8点，已经突击到离七台河市区不到20公里的地方。就在此时，苏联第22集团军司令员罗科索夫斯基向远东第1方面军司令员科涅夫大将求救，要求立即调一个坦克师进攻密山；如果可能的话，最好调两个。
科涅夫、罗科索夫斯基和坦克第3集团军司令员布尔加宁上将之间立即爆发了严重的争吵，布尔加宁反对把坦克师调回去进攻密山，认为“这纯粹是在浪费时间”，他要求允许坦克第3集团军继续西进，向松花江急行军，夺取松花江畔的重镇依兰，那时密山的守军必然会丧失斗志，自动崩溃。然而罗科索夫斯基坚决要求坦克支援：“只有坦克才能碾碎战壕中的敌军，步兵英勇冲锋3个小时，也许还赶不上坦克10分钟的突击。”最后，科涅夫做出了一个折中的决定——他命令刚刚占领鸡西的第10坦克师调一个坦克团，即大约40辆坦克，星夜增援密山。如果这个坦克团仍然不足以击溃密山守军，那么远东第1方面军直属的坦克预备队——第101坦克旅的70辆坦克也将投入对密山的进攻。
事实上，苏军前线的无线电通讯早已被我军监听，虽然我军无法破获苏联军用密码，但某些苏军中下级指挥员非常嚣张，竟然用明码发送军事电报，甚至在无线电电台里肆无忌惮地聊天，吹嘘什么“等我们的坦克回来，中国人立刻就得跪地求饶”，泄露了许多宝贵的军事情报。晚上10点，第133师师长沈自源发来一封电报：“通过侦听苏军电台得知，苏军可能调来一个坦克团对我进攻，我军已开始布置反坦克阵地。至于敌坦克部队究竟由何而来，从什么方向进攻密山，尚不清楚。”
5月29日凌晨4点半，太阳刚刚升起，苏联坦克第2集团军第10坦克师第28坦克团已经沿着穆棱河南岸的公路返回，出现在密山堡垒的前方。密山的中**人和苏联军人几乎都一夜没有合眼，为了防备苏军坦克的突击，第133师整夜都在挖掘反坦克壕、埋设反坦克地雷，随时准备引爆穆棱河大桥上的炸药。在请示集团军参谋长之后，沈自源师长下令：“今天早上8点，无论敌是否发动新的突击，我军都应当引爆穆棱河大桥。如果苏军坦克提前出现，我军应立即引爆大桥，然后利用穆棱河北岸的地形依托，进行纵深防御。”
凌晨5点，苏军步兵开始在穆棱河大桥上游14公里处徒步跋涉穆棱河，在一个小时之内已经有1500多人成功渡河，因为这里是中**队防御阵地的终点，在这里渡河不会遭到中**队的任何火力袭击。然而坦率的讲，在穆棱河上游渡河并没有什么战略意义，因为这里是几十平方公里连绵不绝的沼泽，并且到处覆盖着灌木、荆棘，非常不利于展开进攻。通向密山的几条土路都已经被第133师的火力点封锁，弯弯曲曲的战壕几乎无孔不入，严密防守着密山堡垒的侧翼。想从穆棱河上游进攻密山的侧面，几乎是不可能的事情。
凌晨5点40分，第133师侦察兵带来了最新消息：“苏军坦克正在穆棱河桥头方向集结，离大桥只有5公里路程，进攻很可能将在30分钟内开始。”沈自源闻讯，立即亲自打电话给驻守在桥头的师参谋长，要求他立即引爆大桥。于是，引爆大桥的最后准备工作开始紧锣密鼓地进行，早已准备好的一个工兵排开始铺设引信，并在大桥北侧的桥墩上加装雷管。6点05分，穆棱河大桥的三个主要桥墩同时发生了剧烈的爆炸，安装在大桥各个重要部位的3吨多高爆炸药在同一时间被引爆，大桥的钢筋复合结构很快被炸成了麻花型，从中间断裂成两半，破碎的铁轨和钢筋一起坠入了穆棱河的河心，只留下几个残缺不全的桥墩和两段支离破碎的桥面仍然摇摇晃晃地矗立在河上。
这次对大桥的引爆相当彻底，第133师甚至被这个“胜利”冲昏了头脑。他们一厢情愿地认为，只要没有桥梁，苏联坦克部队就无法渡过穆棱河，更不可能对密山堡垒形成威胁，密山就可以继续坚守下去。然而，就在穆棱河大桥引爆的同一时间，苏军8辆T26坦克已经开始在大桥上游2公里处的浅滩强渡穆棱河，清晨浅浅的河水根本无法淹没T26坦克，苏军步兵搭乘在坦克炮塔上，这是典型的步坦协同渡河作战。在穆棱河的下游，T60坦克发起了同样的强渡，虽然有两辆T60因为发动机进水而熄火，但更多的坦克仍然坚持前进。苏联人终于动真格了。
与此同时，沉寂了一夜的苏军火炮阵地也再次开始了怒吼，冲天的火光、浓烈的烟雾此起彼伏地在第133师阵地上升起。穆棱河大桥已经被摧毁，但大桥下的浅滩仍然是渡河的最佳场所，所不同的是，这次中**队无法在大桥南面设置火力点，近距离杀伤敌人了。所有的中**队都已经撤到穆棱河北岸，在那里眼睁睁地看着苏联坦克渡河。最残酷的战斗马上就要开始了。