“各部应全力进攻，务必将第106师团全歼。”
“武汉军委会并9战区司令部，鬼子第106师团孤军深入，拟抽调大军，歼灭突入该敌，以定后方。”
郑三发子当即回电同意，并表示再调遣部队支援薛岳。
决心既下，薛岳乃从德星路、南浔路、瑞武路三个方面抽调第66军、第74军、第187师、第139师的一个旅、第91师、新编第13师、新编第15师的一个旅、第142师、第60师、预备第6师、第19师，会同负责正面阻击106师团的第4军，四面包围，全力出击。10余万军队开始在崇山峻岭中运动。
10月1日至3日间，第74军部第58师向已占领万家岭、哔叽街一带的鬼子连续攻击。
鬼子在飞机掩护下拼死反击，双方伤亡均重。直到4日，双方在小金山、万家岭、张古山、箭炉苏一带连续激战，阵地几度易手。此时，薛岳调遣的各部队两万余人已陆续靠拢，对106师团已形成合围之势。
身在九江的冈村宁次从空军侦察中发现薛岳给他的106师团伏下了一个口袋阵，立即命令106师团向北转进，向第27师团靠拢，同时命令27师团警戒106师团右翼，企图把106师团接出重围。
鬼子第106师团师团长松浦淳六郎中将接到冈村命令，急忙行动，但紧要关头，松浦淳六郎和他的参谋发现难于识别地图！这次武汉会战中，鬼子所使用的五万分之一比例的军事地图，正是1926年冈村宁次趁着雇主兼学生孙传芳被北伐军打的大败，从孙传芳那里窃取来的晚清军咨局制作的地图。
当年冈村宁次正是因为盗取这些地图有功，从而得以升官。
这些地图由鬼子参谋本部印刷发至各部队的，里面多有不准确之处，无法比照参照物予以纠正；松浦淳六郎中将试图借助指南针标定方向，可当地又有磁铁矿藏，指南针失灵。如无头苍蝇般在山中冲撞一两日，处处遭到国军阻击，也未找到一条生路。106师团注定了在劫难逃。
“责令畑俊六，务必救出第106师团。”
眼看情况紧急，第106师团有成为明治维新后第一个被全歼的师团可能，裕仁天皇也坐不住了，立即跳了出来，责成华中派遣军司令畑俊六立即救援。
而畑俊六才刚为长江南北两岸相继解决了田家镇要塞和富池口要塞，打通了通往武汉最后一道屏障而欣喜不已，此刻便被这条消息恶心坏了。
“命令冈村宁次必须出动手头上所有兵力救援第106师团。”
至于更重要的武汉攻略——且先放一边吧。
……
10月5、6日两日，第1兵团主力第74军等部在长岭、背溪街、张古山、狮子岩等处与鬼子第106师团激战。
10月7日，薛岳认为歼灭当面鬼子的时机已到，下达了对敌第106师团展开总攻击的作战命令，当晚8点，总攻击开始打响，第66军以第195师及160师向石堡山攻击前进。
74军第51师在师长王耀武指挥下，153旅作为主攻，151旅作为预备队，以主力向张古山进攻，并占领张古山主阵地。当夜鬼子反攻，战斗至烈：
“305团预备队用尽，营长王之干阵亡，连长以下，伤亡亦众”。
到8日早晨，在鬼子二十多架飞机轰炸下，第106师团发动反击攻势，双双激战，305团团长唐生海、营长胡雄均负重伤。黄昏，国军再次攻占张古山主阵地，305团代团长于清祥殉国，官兵伤亡惨重，不得以退回。
在国军的打击下，鬼子第106师团同样损失惨重，特别是鬼子基层军官伤亡惨重，华中派遣军司令官畑俊六大将亲自组织向万家岭地区派出军官团试图突入救援，重新恢复对第106师团基层士兵的掌控。
与此同时，郑三发子命令薛岳，务必在10月9日24时前全歼该敌，结束战斗，作为给“双十节”的献礼。
15时，薛岳命令各部队选拔勇壮士兵200至500人组成奋勇队，担任先头突击。
同时各部长官一律靠前指挥，薛岳自己也亲临一线。18时，炮火准备。19时，奋勇队出击，各主力部队紧随其后，向箭炉苏、万家岭、田步苏、雷鸣鼓刘、杨家山等地全线攻击。各部队前赴后继，踏尸猛冲。经一夜血战，106师团的防御阵地彻底崩溃。
激战至10日晨，第66军收复万家岭、田步苏，第4军收复大金山西南高地和箭炉苏以东高地，第74军收复张古山，第91师收复杨家山东北无名村，第142师收复杨家山北端高地。战斗中，第4军前卫突击队曾突至万家岭第106师团司令部附近不过百米，因天色太黑，加之自身也伤亡重大，未能及时发觉松浦中将。
而据战役结束后一名鬼子俘虏供认：
“几次攻至师团部附近，司令部勤务人员，都全部出动参加战斗，师团长手中也持枪了。如果你们坚决前进100米，师团长就被俘或者切腹了。”
11日，第106师团残部千退守雷鸣鼓刘、石马坑刘、桶汉傅、松树熊等不到5平方公里的地区内固守待援。冈村宁次严令包括刚攻下富池口要塞的第9师团和波田支队在内的各部不惜代价，增援万家岭。
鉴于基本歼灭106师团的主要目的已经达到，而各部队伤亡均极惨重，薛岳命令各部撤出战斗，全军退守永丰桥、郭背山、柘林一线。随后，薛岳电禀武汉军委会：
“此次敌穿插迂回作战之企图虽遭挫折，但我集中围攻，未将该敌悉歼灭，至为痛惜。”
至此，万家岭作战结束；而鬼子第106师团哪怕想极力掩盖死伤，也只敢向第11军和华中派遣军司令部上报：
“我军玉碎3300多人，此外伤病住院9900余人……”