در پی بازسازی یگانها و انتقال قرارگاه فجر از منطقه فکه با سازماندهی جدید، مرحله چهارم عملیات با سازمان سه قرارگاه فتح، فجر و نصر طرحریزی شد. بر اساس تدبیر جدید، مقرر شد نیروها با مسدود کردن عقبه دشمن از جاده شلمچه و سپس، ورود به داخل شهر، ضمن محاصره
خرمشهر، بخش وسیعی از نیروهای دشمن را منهدم و به محاصره درآوردند.
مرحله چهارم عملیات در ساعت 22:30 روز اول خرداد 1361 آغاز شد. در این مرحله، نیروهای قرارگاه فتح به پلیس راه خرمشهر رسیدند و نیروهای قرارگاه فجر، پل نو را تصرف و به سمت اروندرود پیشروی کردند. در این حال، نیروهای قرارگاه نصر نیز با پیشروی در امتداد مرز و پاک سازی و انهدام دشمن، به سمت جنوب و به سمت نهر خین حرکت کردند. مقاومت عراقیها به ویژه در پل نو به منظور باز نگه داشتن عقبه نیروهای خود، نتیجهای در برنداشت و سرانجام، در سوم خرداد 1361 برخلاف تصور دشمن که در دروازههای شرقی، شمالی و جنوبی در کمین نیروهای خودی بود. رزمندگان اسلام از دروازههای غربی و شمالی و از همان محوری که دشمن وارد خرمشهر شده بود، وارد خرمشهر شده و شهر را آزاد کردند.
