9月下旬，冈村宁次从空中侦察了解到薛岳 第1兵团主力在瑞(昌)武(宁)路方面作战，南浔铁路与瑞武路之间的守军兵力薄弱，出 现空隙，便命令整补后初步恢复元气的第106师团向西推进，企图切断南浔路与武宁路中国 守军间的联系。第106师团接到冈村命令后迅速行动，10月2日，第106师团主力孤军深入到 了万家岭地区。 当发现日军第106师团孤军深入之后，薛岳认为机会难得，随即给武汉军委会和9战区司令 部发电请示，拟抽调大军，歼灭突入该敌，以定后方。蒋介石迅速回电同意，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7 4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(即后来的号称国民党军五大主力之一的整编第74师 的前身)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!可以说，没有张古山争夺战的胜利，就不可能有万家岭大捷。 同日，蒋介石命令薛岳，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。据战役结束后一名日俘供认：“几次攻至师团部附近，司令部勤务人 员，都全部出动参加战斗，师团长手中也持枪了。如果你们坚决前进100米，师团长就被俘 或者切腹了。”未能生擒松浦淳六郎，成为此次会战中最大的遗憾。 11日，第106师团残部千退守雷鸣鼓刘、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。鉴于基本歼灭106师团的主要目 的已经达到，而各部队伤亡均极惨重，薛岳命令各部撤出战斗，全军退守永丰桥、郭背山 、柘林一线。随后，薛岳电禀武汉军委会：“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。”
万家岭之战，虽然在最后的关头未能组织强大的力量，彻底歼灭106师团，但中国军队在此次战役中表现出的机动灵活、组织严密的特点，和中国士兵英勇顽强、不怕牺牲的精神， 大大震惊了日军上下、朝野内外和国际社会。而日军整整一个师团几遭灭顶之灾，在日本 陆军历史上从未有过。106师团遭此歼灭性打击，已彻底失去战斗能力。 一代名将叶挺将军如此评价万家岭战役：“万家岭大捷，挽洪都于垂危，作江汉之保障， 并与平型关、台儿庄鼎足而三，盛名永垂不朽。”
