解放军向英舰发出信号后，英国军舰非但不离开，反而将炮口对准了第23军阵地。叶飞得报后，怒发冲冠，下令开炮，于是一场炮战的风暴掀起。但是当年的我军参战人员提供了另外的说法：在发现英舰之后，统一指挥第23军炮群的特纵炮6团团长马达卫立即下令所属炮兵，尤其是英舰当面的炮6团1营3连做好战斗准备，于是23军前沿炮兵全部进入临战状态。
虽然当时指挥员并未下达火炮装弹命令，但被英舰的器张气焰所激怒的炮手们不待命令下达，纷纷装弹进膛。10时左右，3连1排2炮炮长梁学路不知是求战心切，还是误将英舰的锚链撞击声当成炮响，于是下令开炮。2炮首发之后，早已按捺不住的其他各炮也相继开火，一场壮观的炮战就此爆发。按照这种说法，前沿炮兵未接到命令，已先对英舰开炮。其实不论开炮是根据叶飞的命令还是来自炮兵的自发行动，在英舰不听解放军警告，拒绝离开战区之后，此时开炮理所当然。
众所周知，蒋介石政府是亲英美的反动政权，一贯得到英美的撑腰。在解放军进行强渡长江天堑推翻国民党反动统治的伟大战役之时，英国军舰作为不速之客闯入解放军渡江战线，横挡在解放军渡江大军面前，若不将其赶走，当解放军千帆万舻大举出动之时，这些军舰一旦开炮，将会危及解放军渡江作战的胜利。中外任何一位杰出统帅，在此情况下都会采取这种坚决行动。
第23军炮群的炮兵火力，比三江营的解放军炮兵要强大得多，当时投入对英舰作战的有8个炮兵连，共32门火炮，但是对英舰仍然不占优势。因为对伦敦号这样拥有厚装甲的巡洋舰来说，必须是大口径直射炮才能将其击沉。解放军作为直射炮的野炮口径太小，山炮和榴弹炮都是曲射炮，均无法给予伦敦号战舰以致命打击。而伦敦号军舰的8门203毫米巨炮的威力，是解放军参战部队前所未见的。
在当时，105毫米榴弹炮在西方是轻型火炮，而在中国战场却被当成重型火炮;150、152、155毫米榴弹炮是西方军队普遍装备的中型火炮，但在中国战场却是凤毛麟角;至于203毫米大炮，中国陆军部队更是闻所未闻，以致当时参战部队均将英舰的203毫米火炮误认为是155毫米火炮。炮6团1营教导员余斌回忆起英舰的炮火之强时说从未听到过这么猛烈的炮声。
当时伦敦号射来的1发1米多长的203毫米炮弹，准确击中了余斌所在的掩体，射穿掩体顶盖后，竟然又穿透厚达4米的江堤，直落到后面的麦田里，可见威力之大。幸亏这颗炮弹没有爆炸，他才得以幸存，但仍被倒塌的掩体压成重伤，他的通信员则当场牺牲。伦敦号和黑天鹅号还有14门102毫米火炮，而且舰炮射速快于陆炮，在炮战中更占优势。据英方统计，光是伦敦号在这场炮战中就发射了203毫米炮弹155发，102毫米炮弹449发，如此的火力强度是解放军在解放战争中从未遇到的。
但是，解放军参战部队的素质远比英军高，梁学路的2号炮发射的第1发美式榴弹，不偏不倚正中伦敦号的前炮塔，其余各炮的炮弹也纷纷麇集伦敦号和黑天鹅号。而伦敦号的大口径炮弹却大多飞越江堤，远远落在后方，未能命中解放军火炮阵地。但这些落在纵深地带的炮弹，却给正在进行渡江战前准备的第23军第202和第205两个步兵团带来重大伤亡。
渡江战役
当时作为渡江突击部队的第202团正召开准备大会，会场落下一发203毫米重炮弹，造成团长邓若波、参谋长王保哲等几十位官兵牺牲，团政委侯癸负伤。邓若波智勇双全，是陶勇心爱的干将，就在炮战之前不久，陶勇还刚刚与其谈过话。因此陶勇接到邓若波牺牲的消息，难以置信，悲愤万分。这时叶飞打电话来告诉他野司追查之事，陶勇怒火冲天地说：有什么好查的，我最好的团长邓若波都让他们给打死了!
激烈的炮战持续约4分钟，英舰已驶出解放军火炮射界，于是我炮火渐息。英舰误以为将解放军炮兵压制住，得意之余，加速前行，驶至北沙洲附近江面时，遭到第8兵团的特纵炮1团1营火力的拦击。炮1团1营曾以准确的火力，令英舰伴侣号丧魂破胆，落荒而逃，此时又在对伦敦号和黑天鹅号的作战中大显神威。营长李伦指挥该营，一气对英舰发射出72发炮弹。伦敦号与黑天鹅号在大江中只能循航道进退，不比在大洋中能灵活行驶，加上与北岸火炮形成丁字形阵，难以闪避炮火，霎时两舰皆中弹累累。
一发美制105毫米榴弹命中伦敦号司令塔，该舰舰长卡扎勒上校当即重伤，梅登中将也被爆炸气浪震倒在地，洁白的海军将军服被弹片撕裂。伦敦号舰桥和上层建筑均遭严重破坏，舰内通讯中断。梅登中将见解放军炮兵火力如此强大，自知难以完成救援紫石英号的任务，虽然伦敦号巡洋舰的厚厚铠甲不惧解放军的中小口径火炮，但黑天鹅号和紫石英号却经受不起。于是，他下令放弃救援紫石英号，倒车后退，回返上海。
梅登中将的这一明智决策挽救了这3艘英国军舰，因为若伦敦号和黑天鹅号继续强行上驶，武力劫夺紫石英号，从而引起更大炮战的话，解放军渡江指挥部必定下令全力击沉这3艘英舰。当时解放军已掌握国民党军江阴要塞(要塞炮台的总台长是中共地下党员)，这座号称长江钥匙的要塞，拥有远程要塞炮70门，加农榴弹炮30门，都是大口径直射炮，如果接到命令对英舰往死里打，这3艘英舰肯定全数葬身江底。
伦敦号和黑天鹅号两舰在返途中再经过第23军炮群控制的江面时，又遭到解放军炮火猛烈痛击。令英军愕然的是，长江南岸国民党军桥头堡的炮兵也对其轰击。这次在第23军炮群与英舰作战时，附近的国民党军队最初作壁上观，后来也加入对英舰的炮击。
参加这场炮击的一位国民党军官日后说，国民党军队中多数人都有民族自尊心，痛恨帝国主义在中国的胡作非为，看不惯国民党内一些洋奴的嘴脸，他们见到解放军炮击英舰，都心里大感痛快，佩服之余，不甘落后，也纷纷加入对英舰作战。在国共两军炮火狂飙的打击下，英舰狼狈而逃。
这一战不单打出了解放军的气势，也打出了中国军人的气势！
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