1947年3月下旬，杜聿明为达到“北守南攻，先南后北”消灭我军南满根据地的目的，再一次集结8个师共20个团的兵力分三路进犯临江（此为四保临江最后一个阶段），我军南满根据地各指挥员根据前三次战役的经验，依然采取破其一路的战略方针，选择歼灭国民党中路第13军第89师，因为该师是主攻部队，一旦将其消灭即有可能粉碎敌人进攻，且该师刚从热河调来，对附近气候地形等情况均不熟悉。于是我军以第3纵队第7、第8师，第4纵队第10师（欠1个团）担负围歼任务；第3纵队炮兵团配属第7师作战，辽东军区炮兵团和第4纵队炮兵团配属第10师作战以上部队合计21000人左右选择在红石镇设伏。第3纵队第9师等部队控制湾口镇等地，阻击国民党军增援部队。
4月3日凌晨，东北民主联军完成对国民党军第89师和第54师第162团的包围，3个炮兵团跟随步兵隐蔽开进，一直前进到距敌前沿仅1000到3000米的阵地，做好射击准备。6时，3个炮兵团同时开始炮火急袭。数十门重炮和数百门迫击炮，瞄准国民党军炮兵阵地，连续进行了约10分钟的摧毁射击。由于缺少防备，国民党军毫无还手之力。后来被俘虏的第89师副师长张孝堂承认：“你们真行，没想到你们这么厉害，几分钟的工夫，就把我们的部队打得稀巴烂。”东北民主联军的3个炮兵团随即转移火力，支援步兵第7、第8、第10师的进攻。
趁国民党军惊魂未定之际，东北民主联军步兵立即发动迅猛突击。7时，第8师占领歪头砬子主峰阵地，关闭了敌人的前方大门。8时左右，第7师攻占野猪沟、梨树沟、八宝沟、六盘家子及以南高地，把敌人压迫于兰山脚下。第10师攻占了高丽道子、小通沟、西腰沟屯及周围高地，师警卫营在瓮圈岭与第7师取得联系，封闭了国民党军向西南方向的逃路。在此之后，东北民主联军以油家街为中心，在方圆30公里的范围内向国民党军纵深进行渗透穿插，分割围歼。
红石镇伏击战仅仅用了10个小时即大获全胜，共击毙国民党军660余人，俘虏7500余人。东北民主联军仅阵亡7人，负伤319人，战损比为25：1，此次作战，东北民主联军还缴获各种火炮96门、火箭筒33具、枪支3439支（挺）、汽车23辆、军马613匹、电台10部。