По воспоминаниям Покуса, И некая группа начала сражение с восходом солнца при трескучем морозе. 5-й пехотный и 4-й кавалерийский полки сравнительно благополучно обошли Волочаевку с севера и достигли проволочных заграждений. Батальон Особого Амурского полка атаковал в центре. Одновременно 6-й пехотный полк вышел на противника с юга.

Бой, завязавшийся по всему фронту, стал затягиваться. Артиллерия сильно отстала от пехоты и заняла неудачную диспозицию, наблюдательных пунктов не было. Бойцы изматывались в глубоком снегу. Приданный группе 4-й кавалерийский полк действовать в конном строю не мог. Спешившись, конники прикрывали левый фланг 5-го полка.

Белые оборонялись стойко, рационально используя преимущества своей укрепленной позиции. Когда народноармейцы стали преодолевать проволочные заграждения, на них обрушился шквал ружейного и пулеметного огня. Огонь велся организованно, прицельно, на заранее пристрелянной дистанции. Бойцы десятками падали в снег, скошенные пулями, не успев даже подойти к проволоке.

К 17 часам все атаки частей Инской группы белые отбили. Потери были большие: 428 человек убитыми, ранеными и замерзшими.

В ночь подразделения народноармейцев, участвовавшие в дневном бою, отошли от линии проволочных заграждений на 500–600 метров. Мороз достигал 42 градусов по Цельсию — начались обморожения.

Противник отводил в течение ночи свои войска греться в деревню, у народноармейцев такой возможности не было. Пользовались примитивными укрытиями. В одно из отапливаемых помещений размером не более 25 квадратных метров свезли до 400 человек раненых и обмороженных. Здесь же коротали ночь главком Блюхер, комиссар Постышев и комфронта Серышев…

А Забайкальская группа войск Томина, выдвинувшаяся с Ольгохты, заняла поселок Забеловский, выбила противника из разъезда Поперечный. В течение дня она вела упорные бои за овладение селениями Верхне-Спасское и Нижне-Спасское; к вечеру они были взяты.

Инская группа 11 февраля наступление не возобновила. Вели себя пассивно и белые. Блюхер приказал привести в порядок потрепанные части, пополнить их свежими силами, починить железнодорожные мосты, чтобы можно было пустить в дело бронепоезда.

Временное затишье активно использовалось для сбора сведений о противнике. В деревне Архангельское были захвачены оперативные документы, из которых следовало, что командование белоповстанческой армии главный удар красных ожидает не в центре обороны, а на правом фланге фронта. Это подтверждала начавшаяся переброска туда некоторых частей.

К вечеру все мосты, лежащие на пути к Волочаевке, саперы НРА подправили, и к исходным пунктам подтянулись бронепоезда № 8 и № 9. Блюхер и штаб фронта принимают решение: с рассветом 12 февраля нанести основной удар по противнику в центре волочаевских позиций и одновременно дополнительный — с юга.

По рассказу одного из участников волочаевских боев В. Голионко, на рассвете 12 февраля по полкам пролетел приказ главкома: «Взять Волочаевку любой ценой!»

С орудийным сигналом поддерживающих наступление бронепоездов пехота, утопая по пояс в сугробах, двинулась на врага. Скаты господствующей высоты Июнь-Карань изрыты канавами, но из-за того, что они были засыпаны снегом, бойцы их не замечали. Преодолеть такие ловушки под силу не каждому. Когда народноармейцы достигли проволочных заграждений, противник открыл огонь из всех видов оружия. Но остановить их было уже нельзя. Они ломали рогатки, рубили колючую проволоку лопатами, топорами, рвали прикладами…

Губительный огонь скосил первые цепи атакующих. На смену им накатывались новые; пехотинцы рвались вперед, падали, вставали, ползли. Ободряющий клич командиров то затихал, то вновь раздавался, переходя в ревущее «ура» бойцов.

Наконец красные артиллеристы меткими залпами подавили наиболее опасные огневые точки врага, пробили несколько брешей в заградительных проволочных рядах, куда тут же устремились атакующие. Белые дрогнули. Их бронепоезд, обстреливавший наступавших с фланга, начал отходить. Покидали окопы и стрелки переднего края обороны. Сопротивление белоповстанцев было сломлено. Командная высота Июнь-Карань пала…

Войска Молчанова оставили станцию и поселок Волочаевку, спешно проскочили Хабаровск, боясь быть отрезанными от спасительной для них нейтральной зоны, контролируемой японцами. Обходная колонна Забайкальской группы Томина, преодолевая тяжелые условия местности и бездорожья, нанесла ощутимый удар по левому флангу белоповстанцев и теперь угрожала закрыть им путь в Приморье. Молчановские части задержались у станций Розенгартовка и Бикин. Здесь они оказали народноармейцам упорное сопротивление.

Блюхер, чтобы избежать новых бессмысленных потерь, направил генералу Молчанову второе письмо: