上午7时左右，大津少佐等所属三个大队所有官兵数百人，突然包围了军司令部。

另一部分人冲向军司令部附近的关押谷川正雄的民房，击毙两名警卫，放出了谷川和另外两名军官。

军部卫队在遭到数倍于已的部队突然包围的情况下，仍顽强抵抗。

这次冲突，比前两次的规模都大，在激烈的枪战中，双方不仅手榴弹乱扔，甚至连机枪也派上了用场。短短几分钟内，双方伤亡就达30多人。

军参谋长仍想效仿昨夜第一三五师团师团长的办法，打电话调兵前来平息骚乱。但电话线已被大津少佐事先派人切断，无法再与外界取得联系。

谷川等人被放出不久，军部卫队便被打垮。

7时20分左右，大津少佐率兵攻入军司令部。

谷川大佐也带人冲入军参谋长等人的驻地，将十余名坚持抵抗、拒绝投降的军官全部击毙。然后将清水司令官押往军部，迫其下令向苏军投降。

19日上午9时许，日本关东军第五军正式派出军使，打着白旗，与苏联远东军第一装甲军团司令麦西莫夫洽降。

当天下午，第五军司令官清水规矩中将前往苏军军营，签署了投降书。随后，他返回军司令部，将卫兵赶走，在挂于墙上的太阳旗前剖腹自杀。

下午，解除了武装的伪满军第七团官兵，作为首批投降部队，冒着濛濛细雨，沿着崎岖的公路向苏军俘虏集中营走去。跟在后面的是沮丧的日军官兵，再后面是车载人抬的伤员。

21日，苏联伯力广播电台与合众国际社先后报道了关东军第五军全部投降的消息。

数日后，这批日俘被苏军押往牡丹江市，与所有被俘虏的日本关东军一样，每1000人左右编成一个作业大队，然后用火车运往西伯利亚服劳役。