几日后，占据巢县日军坂井支队向合肥进攻，杨帅趁坂井支队攻打合肥，巢县城内空虚之机，急令134师守护淮南铁路的部队，利用浮桥渡过运潮河，向巢县日军发动袭击。由于日军的大本营设在蚌埠，即使攻下巢县也不易守住，因而只派一部在巢县、无为附近的黄洛河南岸与日军进行战斗。
当部队到达巢县附近时，无为支队侦察人员来报信，巢县城墙的破洞仍未修复堵死，新来的鬼子也未发觉。师部决定组织两个营的突击队，于深夜潜入城内打击日军。工兵连长彭世昌为了使部队能顺利渡过小河，将制成的浮桥亲自扛着随部队前去。部队过河后，至城东悄悄挖开洞口钻进城去，迅速占领城门并将之打开，以便袭击后能尽快撤走。时值天气炎热，城内日军仍沿街酣睡很香，袭击队立即一齐开火，打死日军约二百多人。
当日下午，李麟昭团进兵攻下3个城门，占领了巢县城，日军残部退至巢县卧牛山高地继续顽抗，李团向高地反复冲锋十余次都未得手，杨帅欲邀合肥友军增援。那知同日，日军坂井支队进至合肥东南地区，下午，日军开始攻击，于三日后攻陷合肥。
日军占领合肥，坂井支队即派第13联队第1大队回师巢县，大举增援巢县。一度占领巢县的我军逼迫于拂晓前撤出县城，向巢湖南面撤退，日军紧追不舍。在敌人追击过程中，营长张运辉阵亡。日军再度占领巢县。
此役，134师杨干才旅主攻巢县，133师蔡慎猷旅佯攻无为（不让无为日军增援巢县），133师守护淮南铁路的部队得到在师部的杨志授计，效仿特战营之法，偷袭城内日军，曾一度攻占县城，确实截断西犯合肥敌军后方联络。不料23集团军失陷合肥，坂井支队第13联队第1大队回师，再占巢县，从而使第27集团军协力第26集团军确保合肥的部署付之流水。
6月2日起，日军第6师团主力在合肥集结，畑俊六命令华中派遣军直属第六师团第11旅团（即坂井支队：包括步十三联队、步四七联队、独立山炮兵第二联队），也浩浩荡荡由合肥向舒城、安庆攻击而来。
附：20军在安庆整补后的作战序列：
军长杨森，副军长夏炯，参谋长鲜光俊，军部有警卫营、特战营、通讯营及卫生队等。
第133师：师长杨汉域，副师长叶济，参谋长邵陵，
第397旅旅长周瀚熙，副旅长向廷瑞，辖：第793团团长周炳文、第794团团长李介立。
第399旅旅长蔡慎猷，副旅长杨监黎，辖：第797团团长陈亲民、第798团团长徐昭监。
第134师：师长杨汉忠，副师长李朝信，参谋长郭大树，
第400旅旅长刘席涵，副旅长赵嘉模，辖：第799团团长曾彦臣、第800团团长赵嘉模兼。
第402旅旅长杨干才，副旅长熊耀，辖：第803团团长李麟昭、第804团团长向文彬。
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