蒋同意了薛岳的请求，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4军部第58师向已占领万家岭、哔叽街一带的日军连续攻击。日军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。日军第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，日军所使用的五万分之一比例的军事地图，正是1926年冈村从孙传芳那里窃取来后，由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，他们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，处处遭到中国军队阻击，也未找到一条生路。106师团注定了在劫难逃。
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、狮子岩等处与日军第106师团激战。6日，薛岳认为歼灭当面日军的时机已到，下达了对敌第106师团展开总攻击的作战命令，当天下午，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，向日军占据的长岭北端和张古山制高点发起了数度攻击，第305团团长张灵甫率一支精干的小部队，从日军疏于防范的后山绝壁上进攻，经过白刃格斗，占领张古山主阵地。
拂晓后，日军拼力反扑，一度夺回阵地。张灵甫率部死战，腿部负伤，仍不下火线，张古山顶一时尸山血海。激战至10月9日，在中国军队的打击下，日军第106师团损失惨重，特别是日军基层军官伤亡惨重，华中派遣军司令官畑俊六大将亲自组织向万家岭地区空投了200多名联队长以下军官，以加强力量，这在整个中国抗日战争中是绝无仅有的。因此阵地对日军突围至关重要，以飞机重炮攻击，51师只得退下，入夜又夺回，经五昼夜反复争夺，张灵甫带伤坚持战斗，终于牢牢控制该阵地。这个争夺战，日军仅遗留阵前尸体就达四千多具！同日，蒋命令薛岳，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。差一点生擒松浦淳六郎，成为此次会战中最大的遗憾。
万家岭大捷的时期，正是东北三个军拉着日军游行的时候。第三军全力负责弹药运输和小部队偷袭，第二军展开了扒铁路、焚炮楼的冀中运动战。第一军趁机运动到京津附近，吓得日军急忙收回一部分兵力，全力保护北京和天津两处要地。
兴隆、遵化、玉田、迁西、承德、蓟县、滦平七县被东北军相继占领，梁大勇把三个军集中到新建立的根据地，准备和日军做一番正面战场的较量。
杨靖宇将军身高1.93米，是中国人里罕见的高个子；又因其语言天赋，被很多人误认为是关东大汉。关东军往南开去三个师团，杨靖宇的压力小了许多。他要出击却无法解决医药问题。
李红光笑着说道：“欧阳文、杨大山的部队里有军医，我这去求他帮忙。”
杨靖宇说道：“相隔一年多没了他们的消息，我估计他们退回到南方去了。”
李红光摇头：“你不了解这些人，如果他们要退走，肯定会把大批的物资送给咱们。既然没有留给我们东西，说明他们还在东北坚持着抗日。”
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