为粉碎日军的“大讨伐”计划，1937年2月，东北抗日联军第五军军长周保中在方正洼洪召开各军联席会议，决定联合第三、四、五、八、九军共同攻打依兰县城。

3月18日，参战各军经过协调和准备，联合攻城部队700余人秘密集结于依兰城西部和南部马家大屯、苏合屯一带。19日夜，部队分别进入各自分担的攻城阵地。

20日凌晨，战斗打响。周保中率部占领城西江岸西方炮兵阵地，向日军守备队猛烈炮击。各攻击部队迅速突破西城、攻入北街。南城守兵较厚，内应失效，东方面仅能牵制敌人未能前进，于是展开街市夜战。

北方面第八军等部突入北大街，于中央银行一带歼敌破垒，击毙日军指导官井口；东方面攻击部队控制倭肯河岸，阻敌出援；南城之战尤为激烈。原定内应未起，日军死守南门，南大营火力凶猛，多次强攻未果。

激战五小时后，总指挥部审时度势，下令各部撤出战斗。

此战虽未克城，但重创敌人：毙伤20余人，俘伪军15名，缴获武器若干，更于21日在新卡伦再伏援敌。同时，在政治上扩大了东北抗日联军的影响和威望，显示了东北抗日联军团结对敌的精神和联合作战能力，鼓舞了广大城乡人民群众的抗日热情。