中国铁甲列车偕第十九旅六五五团一部反攻田庄台的战斗，中方记录一度使日军撤离田庄台车站，而日军虽然并无这方面的纪录，《朝日新闻》却在报道中有趣地出现了两次攻占田庄台车站的新闻。试想，如果没有失守，怎么会第二次攻占呢？总不会是日军在练双手互搏。
这一战日军装甲列车没有参战。根据《辽宁省文史资料》第30辑记载，日军步兵在上午与东北军铁甲列车的炮战中，曾将车站南端铁道炸断数节。如此一来，在车站以南的日军装甲列车自然无法进入车站支援步兵了，可说作茧自缚。
但是中国军队这次反攻的成果几乎瞬间就丢失殆尽，因为日军为东北军装甲列车准备的克星终于出现。
关东军进攻锦州的正式命令，是在24日正午下达的，其中命令第4条是“军飞行队应于进攻开始后以主力协同第二师团作战”，这支飞行队，包括独立飞行第八中队、第九中队24日已经到达沈阳，归军飞行队长指挥，已经做好了配合第二师团从营口进攻的准备，也标示了日军这次的主攻方向在南不在北。
从军事角度看，石原莞尔制订的这个一南一北，虚实结合，前后呼应的作战计划（《我军为反攻锦州向大凌河畔进军的要点》和《进攻锦州附近敌阵地的内定计划》）颇为出色。具有讽刺意味的是，这个出色的作战计划真正使俏眉眼作给瞎子看，完全没有发挥作用。在整个第二次锦州防御作战中，在前线与日军作战的东北军，从京奉线到沟营线几百里正面上，除了铁甲列车部队以外，只有一个汤玉麟部的孙德荃独立第十九旅，其他部队的番号除了“转进”的时候根本找不到。由此，东北军放弃锦州的作战方略已经呼之欲出了。
其实，在反攻田庄台的战斗中，铁甲列车上的官兵已经注意到有一架日军飞机参战，但因为认为日机是侦察机，东北军并未在意。
4时30分，日军飞机数架对中国装甲列车突然发动攻击。这次的攻击，因为从意想不到的方向出现令东北军官兵猝不及防——张学良致马占山等电报中纪录“4时半，日军掷炸弹五六枚，一弹中我机车。我甲车遂再退二里，日方复将车站占据”。
这一战东北军装甲列车带伤撤退，官兵们发现坚盔厚甲的战车在空中打击面前原来不堪一击。但日军也没有扩大战果，估计是第一次用飞机打装甲列车，也有些作实验的意味。
败退下来的东北军沿铁路撤退，在盘山与日军对峙。这时，义勇军项青山部反攻营口，迫使日军第二师团回援，使南线战况稍微缓解。
项青山出身绿林，报号“忠义”，骁勇善战。根据孙辉宇先生的《新市街见闻》记载，他这次反攻打得有声有色，战斗到激烈的时候，营口的日军兵力不够，连警察马队都出动了。战后日军还特意请来了“本愿寺”的和尚与高级军警官员七八十人，在营口“大衙门”后院给被打死的日本警察念经开吊。
其实项青山兵力并不多，而且缺乏重武器，打营口并没有足够实力（不足三千，而且由几支队伍临时组成）。他只是当久了“胡子”，自有一套打仗的招数，用他不多的马队绕着营口快速游走，造成浩大声势，不时突进去捞一把，使留守日军顾此失彼。这时候日军还真没和东北“胡子”怎么交过手，被打得被动万分，竟认为项部有“四五万人”，第二师团被迫抽调北上的佐藤支队回援保护营口，项青山却已经率部回盘山了。
当时锦州人有顺口溜赞颂项青山：“青山老北风（萨注：老北风指的是另一个参加义勇军的绿林好汉张海天），成心把日坑，活捉凌司令（萨注：指汉奸凌青印），枪崩日本兵……”项青山后率部入关，张学良曾赠送他一块镶有自己照片的怀表，并将其所部改编为一个旅，项任旅长。
可惜这样一员猛将，后来的结局却是窝囊得不能再窝囊。入关后不久，在一次部队乘火车调动时，项旅的列车出发以后，项违反铁路安全规定，站在车门口的踏板上，一手抓着车厢侧面的扶手，身体倾出车外向后眺望（目的不明）。不料路边突然出现一块标牌，列车高速行驶中项与这块标牌相撞当即身亡。
从他的这个死法，可以推断项活着时候肯定是个桀骜不驯的人物。
但是，东北军并没有利用这个机会加强前线防御，而是坐等敌军来攻。这期间唯一积极向日军反攻的东北军将领，是处境极为艰难的马占山。为了掩护南线，马占山 26日以苑崇谷、吴松林、程志远三个多为新兵的骑兵旅突袭齐克铁路，并电请张学良下令反攻。同一天，南京国民党执监委召开紧急大会讨论锦州问题，广东一派力主东北军统统出关反攻，蒋、张亲自带兵去东北，华北交给阎锡山管理；南京一派认为这是借刀杀人，有人乘机收渔翁之利坚决反对。双方吵成一团，最终除了电令张学良坚决抵抗外没有其他结果。
28日，整顿完毕的日军第二师团再次出击，正午12时进至盘山与田庄台之间的大洼，再次与东北军刘汉山指挥的铁甲列车相遇，双方发生战斗。但是，这次日军不再纠缠，一面开炮阻击，一面立即招飞机来参战。
实际上，24日的战斗后，日军已经发现，对付装甲列车最好的武器，就是飞机。这是因为装甲列车缺乏防空武器，而且只能沿铁路行进，加速减速也比较困难。因此，对于飞机来说属于准固定目标，命中率很高。同时，由于依赖铁路，即便没有击中铁甲列车，只要炸中其前后的铁轨，铁甲列车就失去了机动能力，只能任人宰割。
日军此前数日已经不断派飞机出击，寻找东北军铁甲列车进行攻击。26日，日机识别错误，在大洼以东误击602次旅客列车，炸毁票车一节。
28日午后4时，日机6架对刘汉山铁甲列车发动猛攻，这下子终于打中了装甲列车的软肋。
在《辽宁文史资料》九一八专辑中，对此战的纪录是：
4时，日飞机6架向铁甲车投弹，铁甲车炮塔被击歪旋转柄颈，并炸翻材料平车两辆，前后铁轨都被炸毁”随后，日军派出骑兵，从两侧包抄东北军装甲列车，防止中国军队抢修铁路，试图将其缴获。经车上官兵和六五五团援军奋力抵抗，才将日军逐退。这一列重伤的装甲列车已经失去作战能力，但在中国官兵疯狂的抢修努力下，终于在29日得以摆脱日军封锁，沿修复的铁道拖回盘山车站。
张学良31日至南京政府电报，曾描述这次战斗——“28日下午6时30分，我铁甲车在田家坟南修复被毁铁路，敌见我军不能移动，即以8门大炮由我左侧集中射击，并有大批骑兵突进包围。我铁甲车枪炮发射过多，机件已失效力。敌接近时，我官兵及掩护队奋勇肉搏，酣战多时，约10时左右我援军赶到，一面御敌一面掩护工作。29日早3时，将甲车挂回盘山车站……
日军当日上午又飞来盘山车站轰炸，负伤的东北军装甲列车匆忙向沟帮子方向退却，退守胡家窝棚（这个地方，看过电影《大决战——辽沈战役》的朋友可能有印象，1948年10月26日，廖耀湘兵团在这儿扎下指挥部，结果被摸上来的三纵一营解放军打了个掏心战，通讯系统大乱，就此走向覆亡）。
与此同时，在大虎山一线，敌第八旅团也发动进攻。这里，中方作战纪录不全，一方面称装甲列车部队进行了抵抗，一方面又称参战的仅为“装甲车掩护队”，破坏铁道后也向沟帮子后撤，这样他们也可能是刘汉山装甲列车留在此处的警卫部队。此时大虎山前线东北军有无装甲列车，找不到明确的记载。日军也没有在这里与中方装甲列车的交战纪录。
同日，东北军主力开始从锦州向关内撤退，荣臻以“兵力过疲，损失过重”为由，下令锦州周围部队后撤关内，仅留黄显生部三个公安大队作象征性的防守。24日荣曾到北平面见张学良请示方略，撤退的命令应该是做好的预案。
东北军撤退中，在大凌河曾因为遭到轰炸机车损坏，损失装甲列车一列，日本《朝日新闻》也记录了炸毁和俘虏这列装甲列车的消息。但是，由于作战中荣臻曾令“古冶铁甲车沈瑞礼一中队”增援前线，使我无法判断这列被击毁的列车，到底是撤退下来的刘汉山铁甲列车呢，还是增援上去的沈瑞礼铁甲列车。
金先先生《锦州沦陷经过》中，对于沈瑞礼铁甲列车的纪录，暴露了真相——他记述道，1932年元旦下午，日军海军陆战队约一营兵力登陆天桥厂方向，向小凌河攻击前进，荣臻随即派沈部与张廷枢第十二旅两个步兵团增援反击。
这段话看来很正常，但如果看看地图和当时的纪录，就可以发现这是一段彻头彻尾的谎言。
第一，日本海军在锦州战役中并没有参战纪录，所谓日本海军一个营登陆进攻小凌河，根本就是子虚乌有的事情。
第二，天桥厂在锦州以南，而当时日军进攻部队，在沟帮子会合后都在锦州以北，敌人从北向南进攻锦州，锦州守军却向南增援，虽说地球是圆的吧，不免有些滑稽。
第三，张廷枢的部队，是最早从锦州撤退的。张学良31日致国民政府电称“我军之开始撤退，始于12月29日……驻锦州绥中的第12旅首先转移，移驻开平昌黎一带，共分乘兵车八列，于30日午后三时第一列到滦”。既然如此，1932年1月1日，锦州又怎能再变出一个有两个步兵团的张廷枢旅来？
这里有个推测，那就是所谓沈瑞礼中队的增援，无非是为锦州撤退找一个“腹背受敌”的借口而已。根据张学良的电报，锦州的铁甲车队在31日晚和1932年1月1日先后过滦州，是不可能真正调上前线去的。
那么，在大凌河被击毁的东北军铁甲列车，只能是刘汉山车了，该车随东北军掩护部队步步后撤，30日胡家窝棚失守，31日沟帮子失守。锦州县志记载，31 日8时，日机8架轰炸沟帮子，投弹50，炸毁铁道，装甲列车1，死伤官兵37人。可能该车被炸毁后依然得以退到大凌河，因此还有记录曰“2日，在大凌河桥西防守的铁甲车中队机车损坏不能行动，被俘”。锦州东北军装甲列车的战斗就此落幕。
2-16日本《朝日新闻》曾登出被俘装甲列车照片，但经过鉴定拍摄的实际是日军装甲列车，估计是东北军装甲列车损坏太大，拍照效果不佳。其照片今天在日本《朝日新闻》网上还可以看到，犹在以讹传讹。
锦州一战中，装甲列车部队的奋战，可算东北军的一个亮点。但是，也暴露了装甲列车的弱点。抗战开始后，中国军队也曾多次使用装甲列车与日军交战，日军则屡屡出动轰炸机对抗，大约，就是吸取了锦州之战的经验教训。