冈村宁次发现薛伯陵调兵遣将包围106师团，立即命令第106师团向北突围，向第27师团靠拢，同时命令第27师团保障第106师团的右翼，想要接应106师团突出重围。
日军第106师团师团长松浦淳六郎接到冈村宁次命令，立即安排突围行动，但在这要命的紧急关头，松浦淳六郎和他的参谋们发现地图不准确! 难于识别方位！
武汉会战中，日军所使用的五万分之一比例的军事地图，是1926年冈村宁次从孙传芳那里窃取的，由日军大本营参谋本部印刷发至各作战部队。
地图测绘粗糙，很多地方并不准确，没有参照物可以纠正，日军试图用指南针确定方向，可当地有磁铁矿藏，让指南针完全失灵，无法指示方向。
日军一连几日在山中乱窜，却处处遭到华国军队阻击，没有找到突围的路径，106师团命中注定在劫难逃！
10月5日和6日两日，国军第1兵团主力第74军等部在狮子岩、背溪街、长岭、张古山等处与日军第106师团激战。
10月7日，薛伯陵认为歼灭包围圈中日军的时机已到，下达了对第106师团展开最后总攻的作战命令。
当晚8点，总攻第106师团的战斗打响，第66军以第195师、160师进攻石堡山。
74军第51师在师长王耀武的指挥下，以153旅为主攻、151旅为预备队，向张古山发动猛攻，占领了张古山主阵地。
当夜，日军亡命反攻，战斗非常激烈，国军305团预备队全部上阵，营长王之干牺牲，官兵伤亡者众！
8日清晨，日军二十多架飞机扫射轰炸助战，日军发动反击，双方再次激战，305团团长唐生海、营长胡雄均负重伤。黄昏时，日军攻占张古山主阵地，305团代理团长于清祥殉国，国军官兵伤亡惨重，不得以撤退。
9日，国军从51师挑选了400名突击队员，由第51师153旅副旅长张灵甫率领，在晚上8点发起进攻，再次占领张古山主阵地，并配合援军乘胜向哔叽街进攻，至10日上午，全歼了在哔叽街顽抗的日军。
在华国军队的打击下，日军第106师团损失很大，特别是基层军官伤亡惨重，华中派遣军司令官畑俊六亲自组织救援行动，向万家岭空投了200多名联队长以下的军官，以加强基层军官的力量，这在整个华国抗日战争中是绝无仅有的空投行动。
因国军第51师坚守的阵地对日军突围行动至关重要，白天，日军用飞机轰炸扫射攻击，51师只能后退，入夜又夺回阵地，经过五昼夜的反复争夺，张灵甫带伤始终坚持战斗，终于守住了关键阵地。
国民政府军事委员会负责人命令薛伯陵，务必在10月9日24时前全歼日军第106师团，为给"双十国庆"献礼。
15时，薛伯陵命令各部队选拔200至500人组成敢死队，担任先头突击任务。同时，要求各部队长官一律靠前指挥，薛伯陵自己也亲临一线。
18时，炮火开始覆盖日军阵地，19时，敢死队出击，各主力部队紧随其后，向万家岭、杨家山、雷鸣鼓刘、箭炉苏、田步苏等地全线发动攻击。
国军各部前赴后继，忘我猛冲，经过一夜血战，日军第106师团的防御阵地彻底崩溃了。
激战至10日清晨，国军第74军攻克了张古山，第66 军攻克了万家岭、田步苏阵地，第4军攻克了大金山西南高地和箭炉苏以东高地，第91师攻克了杨家山东北无名村，第142师攻克了杨家山北端高地。
战斗中，第4军突击队曾突至万家岭第106师团司令部附近百米处，因天色太黑，加上自身也伤亡很大，未能及时发现松浦淳六郎。
一名日军俘虏供认:"你们几次攻至师团部附近，师团部的勤务人员，都全部出动参加了战斗，师团长手中也持枪，如果你们坚决再前进100米，师团长就被俘或者切腹了。"
未能生擒松浦淳六郎，成为此次战斗最大的遗憾。11日，日军第106师团残部千余人退守雷鸣鼓刘、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。
冈村宁次严令各部不惜代价，增援万家岭。薛伯陵鉴于基本歼灭106师团的主要目的已经达到，而各部队均伤亡惨重、日军援军已近，于是命令各部撤出战斗，退守永丰桥、郭背山 、柘林一带。
随后，薛伯陵电禀武汉军事委员会:"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。"
薛伯陵在整个战役进行期间，始终坚守在指挥岗位上，疲倦至极时就在行军床上迷糊一会。战事紧张，便亲临前线指挥，警卫们都万分紧张，但他依旧神情泰然，全然不顾自身危险。
万家岭战役的前敌总指挥为国军第九集团军总司令吴奇伟也是不顾个人安危，亲临第一线指挥。一次他正与第4军军长欧震通电话，敌机俯冲扫射，吴奇伟毫不理会，直至敌机的航空机枪把他的电话机打碎。
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