武阳日军侧翼突然遭遇中国军队突袭，只得停止武阳进攻，回头对付44师。日军侧翼很快被突破。27集团军汤恩伯总司令判断68师团已经处于强弩之末，决心以27集团军94军首先击溃这股部队。
94军立即从从贵州黄平、镇远火速驰援武阳。4月30日，94军开始向武阳附近日军发动总攻，二日之内武阳附近日军和94军稍一接战就狼狈逃窜，根本没做有力的抵抗。
中美联合空军的两个编队的野马式和14架p一40鲨鱼式战机也来助战，连续几天轮番攻击武阳附近据点的日军。5月1日，第13团轻松解了武阳之围。
中国军队气势如虹，随即追击并且占领全部制高点。在进攻武阳的同时，68师团余下所有主力包括师团的坦克部队在内，全力进攻战役关键重镇武冈县城。
74军在战前紧急加固工事，用老百姓提供的糯米配合三合土在城外建立以一道核心防线，该防线由于使用糯米坚硬无比，连大炮轰上去也只是一个小的缺口。
从4月27日开始，日军在坦克和近百门火炮的配合下从三面向武冈城发起强攻，58师针锋相对。一连三天日军除了丢下大量的尸体以外，只突破了城外的简易二道防线。
中国军队最后一道防线和武冈城墙都是极为坚固，日军炮火根本无法将其摧毁，同时58师防御火力极为顽强，日军伤亡很重。5月1日，日军集中所有可以使用的火力进攻武冈西门，数百特攻队员在炮火掩护下蜂拥前进。
大部分队员在离城墙很远的地方就被击毙，少数靠近城墙引爆了**，强大的威力顿时把城墙炸出十多个洞。日军还没有来得及得意，守城的士兵和自发参战的老百姓投出数百个大沙袋，把十几个洞头全部堵死。
关根看特攻不成，又命令部队以人海战强攻，一度曾经架起梯子爬上了城墙。而守军果断使用美制喷火器，随着四处喷射的火焰，木梯被烧断，同时守军用汤姆逊***对城下日军猛烈扫射，日军成批成批倒下，双方激战一天，日军伤亡惨重仍然无法靠近武冈县城。此时中国守军一营也伤亡较重，向上级求援，王耀武命令武阳的44师一部立即增援。
日军突遭44师袭击措手不及，由于44师的士兵冲击极为凶狠，日军一度认为中国数万人来增援，顿时大乱。此时武冈守军也全部出城夹攻，日军大败，各级军官不顾武士道精神扔下士兵逃跑，士兵也跟随逃亡。
中国军队各部追击猛攻，日军殿后部队被打得滚的滚爬的爬，全军溃败到武阳外靠近绥宁一线。武冈之战，中国军队一营兵力与拥有坦克重炮的十倍之敌血战七天七夜力保千年古城武冈不失，真是抗战历史上的一个奇迹。
中路的日军主力115师团分击合围战术，分三路出击，每路约5000人。第一路4月17日渡过资水，向中国军队100军主阵地发动进攻。日军集中1400人从两侧迂回至桃花坪的东郊及南郊猛攻，守军57团1营3连毫不示弱和十倍日军巷战，最终全军覆没。