根据前指临时改变的计划，77师某营营长冷鹏飞丰领一个加强排上岛，加强了潜伏分队实力。炮兵部队首轮目标改为潜伏苏军，两个师属炮群则负责封锁江面。
3月15日8时，我方巡逻队比平时推后1小时开始巡逻，巡逻路线也由原来的由北往南，改为由南往北，路过我方潜伏阵地，当他们走到岛中部，刚刚到达苏军轻武器射界时(对面苏军步兵使用的是AKM步枪)便停下休息，直到对岸的苏军开始行动时，才回头折向西南。眼看中国军队离开射程，苏军潜伏部队只好开枪，我方巡逻队便迅速隐蔽起来.引诱苏军进攻。
8：05，苏军3辆装甲车引导步兵20余人，沿江面朝巡逻队位置冲击。在前进过程中，恰恰把侧翼暴露给了潜伏分队。当苏军距离我军潜伏分队阵地不到50米时，我军突然开火，迅即，后方炮群也对苏军潜伏部队阵地和江面敌人进行打击，苏军部队完全暴露在没有依托的江面上，原本负责支援的苏军潜伏分队阵地则被炮火覆盖，根本无法起到作用。在2辆装甲车被击毁，数十人伤亡后，苏军潜伏分队和江面部队的余部撤回了对岸。
9：46，苏军重新调整了部署，在炮火准备后，发动了第二次进攻，正面由3辆坦克、3辆装甲车引导步兵冲击.抵近后。由坦克在江面上提供直接火力支援(岛岸太高，坦克无法登岛)，吸引我军注意力，侧面则以4辆坦克和2辆装甲车，从岛南端侧后的江叉上迂回过去，试图切断江岸同岛上的联系，合围岛上我军分队。
由于我方没有有效的反坦克火力，只能在苏军接近后，压制对方步兵和装甲车。苏军坦克无法上岛，整个苏军队形又被迟滞在岛东侧江面上。这时。苏军的迂回分队绕过了岛南端，从我国内河的岛西江叉上包抄过来。为了将苏军坦克引入雷区，我军战士主动发射火箭弹，暴露阵地位置，上当的苏军坦克刚刚进入雷区，首车履带便被炸断。我方抓紧时机，又用火箭筒将对方最后装甲车击毁，将3辆坦克堵在当中，随后集中炮火向这3辆坦克射击，但T-62的防护能力在当时的确先进，虽然坦克上的车灯，天线、履带护扳全被炸坏，但还是将后面的装甲车撞开，从原路逃了回去。首车活着的成员则在企图逃跑时破击毙。
苏军第二次进攻，持续了2个多小时。其闻，我方阵地指挥员冷鹏飞受伤鹏由孙玉国代理。
下午13时35分，苏军在侦察校射飞机的指引下，使用纵深火炮，坦克炮，对珍宝岛和我方江岸纵操地区进行了炮击。15时25分左右，苏军坦克，装甲车24辆，引导100多名步兵，再次向岛上冲击。登岛后，在岛东部丛林中散开，试图凭借兵力优势将我军从岛上挤走，我方给各个战斗小组分配了目标，逐一消灭对方的装甲车和步兵，并将2门门75毫米反坦克炮推出掩体，在不到100米的距离上对苏军坦克射击，压制其火力。至3时30分，我军炮兵突然加入战斗，对江面和岛上敌人进行压制射击，并轰击了对岸的苏军指挥所，苏军指挥员、边防总队长列昂诺夫上校被击中身亡，使苏军失去了指挥，第三次进攻又被击退。
3月15日，是双方战斗最为激烈的一天(双方的一线指挥员1死1伤)，我方步兵在炮火的支援下，顶住了苏军6次炮火袭击和3次进攻，击毙敌上尉以下60余人，打伤80余人，击疑击伤坦克，装甲车13辆，我方牺牲12人，伤27人。
争夺T-62
这次战斗中，苏军使用的坦克是当时远东部队的主战装备--T-62，虽然它当时已并非苏联最优秀的坦克(当时苏军欧洲地区部队已经部分装备了T--64)，但其车载红外夜视系统和火控系统还是我军所没有的，车体的布局等也和以往的T一55/54有了代差。自然而然。3月15日战斗结束后，冰面上的T-62坦克成为了双方争夺的下一个焦点。
3月20日夜间，我方派出以排雷英雄孙征民(此前已经布排雷200多颗)带队的工兵小分队上岛排雷，以便把坦克拖到安全地方，同时补充布雷，完善雷场。但是，当时我军对夜视器材的认识不足(当时我军自己还没有正式装备实用化的夜视器材)，低估了装备了精良夜视器材的苏军狙击手的威胁。就在我方人员排除了十几枚地雷后，苏军狙击手击中了小分队的一位战士，这位战士受伤后身体翻滚时，又不慎触发了一枚地雷，导致旁边的孙征民也不幸牺牲，排雷行动被迫中断。
为了防止T-62落入我军手中，苏军也采取了多次抢夺和破坏话动，其中3月21日晚的行动险些成功，当时苏军派遣了一个6人爆破分队，沿着预留的雷区通路潜行至坦克处.企图将它炸疑、炸沉。我军原本在这辆坦克附近安排了观察哨，但这天值班战士，由于连日劳累，居然都在雪地中睡着了。苏军小分队发现了其中一位战士，井用枪托将其砸昏。正当苏军把带来的120公斤炸药塞进驾驶舱内，安装雷管和引爆导线时，近处突然有冲锋枪声传来。苏军小分队惧怕被歼慌忙撤退。其实，我军井未发现苏军人员，只是换哨的战士被枯树枝绊倒时，手指无意扣动了扳机，造成了一次“成功”的走火。
经此事件后，3月22日，肖全夫向中央军委报告了情况。当天，中央军委回电要求：“T-62坦克是苏联的新型坦克……务必保护完整，供军事科研单位进行研究。”肖全夫最后决定：架设人工绞盘，配合载重汽车，将坦克拖走。但就在同时，苏军一面用炮火阻止我方人员接近坦克，一面昼夜不停地炮击这辆坦克，企图将其击疑。后来把此处冰层炸开，坦克沉入了江底。于是，前线紧急联络海军派遣潜水分队支援。
