千余人全部收缩进城隍庙核心阵地，解放军随即就将城隍庙国军核心阵地团团围住。
城隍庙是一座峭拔的大型建筑，地势较高，可瞰制全城，坐落在城东北角。东北、正北至西北均环绕有丈余深的大水塘，外岸背贴北城墙，西隔一块空荡荡的开阔地与县政府相邻，南隔一条宽街是砖瓦建筑的住宅，东南西南也毗邻民房，南，东南，西南虽然有民房但是距离较远，地形开阔。国军自9月占领莱阳以来，就以此为核心阵地，加固工事改建阵地，在容易被进攻的南墙外正面和左右两面挖了条又宽又深的壕沟，壕沟中央建了个大碉堡，外壕内是集团堡，外壕中设有火力点并有盖沟与集团堡联贯，固守点内还有一个中心阵地，阵地工事十分坚固，火力组织极其严密，各种火器相互支援并有夜间射击设施，各工事有相互贯通的夹壁墙、壕，筑有粮食弹药库，并且工事内有一水井，守军早有以此做长期固守的准备。在对峙期间，国军每日以81、60迫击炮等火力轮番压制7纵进攻阵地，破坏解放军进攻准备，战斗中以轻重火力突然开火，并以迫击炮等火力侧射，使解放军攻城部队时时都伤亡惨重。
9日晚，解放军开始部署，第19师攻击城隍庙西南面之县政府，第20师由南向北，第2l师由东北向西南，开展对城隍庙的攻击。
19师以56团从东南，55团从正西，57团从正北四面会攻，经一昼夜激战，12月10日拂晓攻克并占领隍庙外地堡8个，莱阳县保安大队长葛鸿梯被解放军击毙，莱阳保安大队及第l06团1个排共500余人被全歼。至10日8时，公安局之敌和东北城根地堡群也解决，至此，19师已伤亡2000多人，57团参谋长王正明，56团1营长林天明阵亡，55团团长邬兰亭重伤（以上3位均是老红军），很多部队建制被打残，55团仅剩不到3个连，最精锐的红2连几乎被还乡团全歼，56团2营全营仅剩百余人，6连仅剩5人，19师就此丧失战斗力撤出战场！
城隍庙10日凌晨2时发起总攻，突击队从街头的民宅中跃出冲过街道，以集束手榴弹开道，一个个纵身跳入壕沟，但在暗堡疯狂火力下没有一个能冲过去，壕沟里传来密集的枪声和惨叫声。原来壕沟中央的大碉堡其实是个假目标，而在壕沟里面四角修下的几座从外面无法发现的暗堡才是致命的火力点，解放军的突击队全部是在这里被杀伤。10日白天和晚10时再攻，再失利。20师丧失战斗力退出战场。
11日凌晨2时，21师再度猛攻，这一次终于冲过了外壕，上了城隍庙的围墙，从南和东南再次突入核心阵地，占领3个地堡，拂晓前突入约一个营，经国军反复逆袭伤亡惨重，前后左右的交叉火力网，一个个掉下壕沟……7纵司令员成钧眼看部队伤亡过大，含泪停止了进攻！
国军106团团长胡翼致电范汉杰：“职部虽伤亡重大，弹药极度缺乏，但士气甚旺，官兵咸抱与城共存亡之决心，以期不负蒋主席之厚望”，胡电文最后一句是有深意的，在莱阳战役刚打响的12月5日，蒋介石即给范汉杰发了个电令：“莱阳为胶东半岛之中心，其得失关系全国，关系民国江山”同时直接给胡发了个“死守待援”的命令。胡原是蒋的卫士，胡给范的电报既是在表功又是利用与蒋的特殊关系对范施压。范汉杰不敢怠慢，严令增援部队在12日夺下莱阳西南的水沟头，速逼莱阳城。并再次严令守军死守待援并多次派飞机向莱阳城内空投物资。
在7纵数次总攻失利城隍庙守敌拒不投降，国民党援军又快速逼近的紧急关头，11日晨兵团指挥部对司令员成钧下了死命令：“晚饭前，你拿不下城隍庙，提头来见！”成钧又组织兵力发动了5次攻击，全都归于失败！
对一个纵深不到300米的工事打到这样，东线兵团司令许世友大怒，说：“从红军到今天，从来没有打过这么窝囊的仗，这简直是对我的侮辱！”
中央军委也电示许世友：“如无把握，应及早放弃，最后围歼该敌，以期掌握机动兵力，打击来援之敌”。
这一电报明显看出中央在国民党军如此坚强防守下，已经要丧失信心，要放弃莱阳的攻击了。东兵团指挥部本想一两天之内解决战斗，仗打到了这个地步简直是难以想象，怎肯让这么个围攻了十几天的残敌逃脱，决定增加攻城兵力，迅速歼灭守城残敌，尔后集中兵力打击援敌。遂调集13纵37师高锐，接替7纵攻击。高锐是莱阳人曾兼任莱阳卫戍司令，对莱阳城内地形非常熟悉，在华东局及东兵团首脑机关驻莱阳城时，该部就担任莱阳城的卫戍任务。兵团指挥部下达这个命令后，成钧恼火之下，下令让全军排以上干部集合组成敢死队，自己担任队长，去城隍庙拼个鱼死网破，均没奏效。
12日上午10时，37师接受的任务是：于当晚务必全歼残敌！
10时到12时，37师师长高锐命令部队下午5时前赶到南关待命，当夜直接投入攻击！37师所部经急行军16时30分沿20师进攻路线由南关进入交接！19时部队进入攻击出发阵地！其部署是：109团从东南角，110团字西南角并肩攻击；111团为预备队，配置于东关并包围城北隅，以防敌人逃跑。零时30分，榴、野炮开始准备，109团从正东和东南角，110团从西南角，并肩攻击。由于夜间对守军火力没有侦察清楚，攻击出发点也没有来得及构筑工事，攻击发起后遇敌壕沟内暗堡火力封锁和60炮火力拦击，各攻击点都没有爆破成功，被迫停止攻击。不久，37师改变进攻路线发动第2次攻击，4时两个团均突破至盖沟附近，110团轰破据点外墙，并爆破了几个墙内碉堡，国军集中炮火轰击，炮弹频频在攻击的解放军中爆炸，解放军伤亡惨重，但作为生力量37师仍拼死血战。此战双方伤亡都很惨重，国军称这一晚血战达到最高潮！
天亮时，攻击被迫告停。没有完成上级指示任务！37师首次攻击失败，高锐愿以为这么一个被7纵连续攻打了昼夜的残敌，1个师完全可以很轻松地将其消灭掉，居然首次进攻失败，实在不象话。高锐的决心：“白天攻，不惜一切代价，坚决把它打掉！”
这次攻击，按照高锐白天攻的命令，是13日11时发起的。这天上午，国民党空军多次（每次一到三架）飞临莱阳上空给守军空投弹药物资，但因地方狭小和解放军轻重机枪对空射击，飞机空头仓促，大部分物资落入解放军之手！国军称当时守军仅剩百余人。109团、110团从东南、西南再次发动攻击，孤注一掷，各营机炮连连长带各自火箭筒排（可见攻坚部队装备之精良）归团部直接指挥，集中使用，并各自带炸药包和燃烧弹，配合各步兵连爆破手一起冲锋。在炮火轰击下，城隍庙外墙大部被毁，但也因此使攻击部队突入后全部暴露在守军密集火力下，守军暗火力也疯狂侧射！60炮在攻击后续部队中成片开花！给解放军造成了重大伤亡，13纵著名的指挥员，37师唯一拥有两个英模称号（纵队模范党员、模范政治工作者）的110团3营教导员于池阵亡，110团轮训队队长董绪贵阵亡，多名连排长阵亡或重伤，解放军被迫撤回原地！再次组织了攻击分队的爆破和突击，在战斗持续了约两小时后，再次告停。第二次攻击再次以失败告终。
此战国军106团副团长赵鹤锋、3营兼营长周效武毙命！