攻击开始后，陈诚第一炮就打掉了那个隐蔽的机枪位置，并很快将北门城楼右侧10米处炸开一个缺口。炮击过后，数百名奋勇队员用竹梯翻爬城墙。在第四团当连长的陈赓在奋力爬城时被子弹打中右脚，他用手拔出弹头继续冲杀。奋勇队第一攻击梯队指挥陈明仁第一个登上了城头。几乎同时，蒋先云的第七团也攻破西门，但蒋先云也3处负伤。何应钦见登城成功，立即命令总预备队冲锋。杨坤如听到北门告急，本想亲自上北城门督战，但由于炮火太猛，只得率部从东门逃走，在逃跑中被击伤。

　　城门被打开后，东征将士各部队分别入城，一面在街上将残敌缴械，一面跟踪追击。下午5时30分，惠州在30个小时内被东征军攻克。此役东征军共歼敌2000余人，而东征军也伤亡近1000人。到下午6时，东征军已将城内战场打扫完毕，宣传队也进入城内开展安民活动。

　　16日下午2时，东征军官兵集会追悼阵亡将士，会场上悬挂由蒋介石题写的“阵亡将士精神不死”的横幅。宣读祭文后，总政治部主任周恩来发表了讲话。同日，蒋介石宣布拆除惠州城墙。