5月21日拂晓217联队出动1000余人开始进攻芙蓉山的狮子山高地，在重炮的掩护下日军一个大队首先渡江，防守狮子山的9连凭借优势地形反击，中国空军10架飞机也向江中日军扫射。
日军伤亡惨重。到了夜晚，日军趁着夜色以全部主力进攻，终于渡过江，并且开始攻击狮子山阵地。此时国军狮子山工事几乎被日军炮火全部摧毁，守军抵抗几小时以后退守芙蓉山主阵地。
5月22日凌晨，日军连夜将炮兵部队移到狮子山，其中除了12门迫击炮以外还有4门步兵炮和4门山炮。火炮刚刚准备完以后，日军随即猛烈轰击，很快发射炮弹2000余发，将芙蓉山工事摧毁过半，并且在雷区开辟出一条道路。
日军以一个大队兵力冲击芙蓉山碉堡，守军奋力抵抗。双方展开白刃战，反复冲杀10次，日军最终没有成功。
5月22日，夜晚，日军集中217联队余下1000人，从三面攻击芙蓉山阵地，此时国军守军仅有二个连200人，他们凭借阵前的30米宽的雷区和2道铁丝网抵抗，日军以人海战术冲锋。国军弹药不足，只得在日军靠近时候投掷手**，之后以白刃战克敌，日军连续冲锋6次全部失败。
到了夜晚，负责指挥的一连韩连长被一发炮弹击中阵亡，士兵伤亡了过半，余下只有100人。日军趁夜攻陷了芙蓉山大半阵地，此时追击的74军暂六师一部轻装赶到，向日军发动进攻。
一举攻陷日军在芙蓉山占据的三个高地，日军第一大队被击溃以后，不顾同胞死后自己向后方溃退。日军第二大队残部300余人被国军包围，双方激战二小时，日军死亡83人，其余从小路溃逃。暂六师一部紧追不舍。
此时第二大队已经到了辰水边上，准备渡河逃亡，暂六师随即追到。河边的第二大队士兵只得跳水逃生，被淹死和在水中击毙的就有百人，只有数十人逃走。不过116师团已经连夜走山路逃走，暂六师还是慢了一步。
至此，历时3昼夜的芙蓉山战役以日军的败退宣告结束，仅日方公布217联队即当场战死军官17名，士兵300余人;而重建的115大队几乎再次被歼，117大队残部也有大量死亡。国军军夺获轻机枪1挺、迫击炮座板2个、步枪7支及其他战利品多件。
战后，重庆报纸赞誉固守芙蓉山的该营，可与上海四行仓库的“八百壮士”齐名，分列抗战一前一后，相得益彰，弥足称颂。为表彰其功，战后颁发营长孙廷简二等勋章一枚。
5月11日，73军韩军长命令15师和77师正面进攻，18师迂回到敌人后方。结果47师团立即后撤，只有最前方的重广支队没有来得及撤退被国军围困住。