9月17日，日軍集中第6師團和第3師團一部，約1萬5千人從廣濟南下，向田家鎮要塞迂回攻擊。進攻一開始，日軍炮火異常猛烈，國軍多處陣地被日軍炮火摧毀，一些官兵在炮火中犧牲。在軍、師的炮兵部隊和要塞炮兵火力的支援下，中國守軍一次又一次地阻擊了日軍的進攻。
激戰兩日，在中國守軍的頑強抗擊下，日軍地麵部隊的進攻一時難以得手，不得不加強海軍和空軍的支援力量。9月28日，日軍出動70多架飛機，集中10多門重炮，同到達田家鎮江麵的海軍增援部隊配合，猛烈轟炸和炮擊田家鎮要塞。在隆隆炮聲中，第6師團和今村支隊向田家鎮發起猛攻，中國守軍被迫退卻。
此時，日軍第2集團軍之左翼兵團毫無進展，為減輕中國軍隊對其壓力，他們希望第11集團軍的第6師團，能盡快進入漢口以北地區。宮崎周一告訴第6師團，該師團在廣濟附近向武漢發起攻擊的時間，預定在10月17日左右。
日軍第6師團有苦難言，他們遭到中國軍隊的頑強阻擊後，傷亡慘重，有的連隊隻剩下二三十人，預定的3200名補充兵員要到10月20日才能到達。因此，開始進攻的日期最早也得在10月23日。第6師團參謀長接到軍司令部的通知後，為難得流下了眼淚。
為保障西進部隊南側的安全，8月4日，日軍第106師團從九江出發，沿著九江至南昌的南潯公路進犯，首先進攻廬山北麓。國軍守衛這一地區的是第1兵團總司令薛嶽，他要求各部隊要充分利用有利地形，構“反八字形”陣地，如袋捕鼠，又如飛剪，敵犯右則中左應，犯左則中右應。
日軍第106師團進攻受阻，不斷受到打擊。在連續5天的激戰中，日軍團、營長一級的指揮官死傷8人，連、排長有一半非死即傷，部隊幾乎失去進攻能力。日軍第11集團軍司令官岡村寧茨，見僅憑第106師團的力量，已經無法繼續前進。8月20日，日軍第101師團奉命從湖口鎮橫渡鄱陽湖，向廬山東南麵的星子地區進攻，得手後繼續向德安推進。
8月21日，日軍第101師團進攻星子。中國守軍第25軍，在星子附近同日軍展開了激烈的爭奪戰，日軍被殺得血肉橫飛，難以突破星子陣地。第106師團得到加強後，仍無法攻下星子。第106師團師團長鬆浦淳六朗中將意識到，從正麵進攻已經難以突破中國守軍的防禦，決定改變進攻方向。
9月21日，日軍第106師團所屬第123聯隊、第145聯隊、第147聯隊和第101師團第149聯隊，向德安西南方的萬家嶺地區進攻，企圖包圍中國守軍德安陣地的左翼。
薛嶽看到日軍孤軍深入，當即定下決心，指揮第4軍2個師，第66軍2個師，第74軍2個師共6個師的兵力，從側後迂回，將日軍包圍起來。
10月7日，薛嶽對被圍日軍發起總攻，第66軍攻克了石頭嶺陣地，擊潰了萬家嶺、茅坪聶、老虎尖等地的日軍。第4軍攻占扁擔山，第74軍的2個師猛攻日軍據守的長嶺、張古山陣地。
這時候岡村寧茨才意識到，被圍部隊已經處於絕境。10月8日，日軍為擺脫被動局麵，急忙調遣飛機、空投彈藥糧秣。並命令第27師團前往增援。但這路日軍前進到萬家嶺西麵的白水街地區時，被國軍第32軍擊退。
萬家嶺日軍孤立無援，糧彈無法補給，處境危難。薛嶽看到殲滅日軍的時機已經成熟，命令各個師都組織數百人的敢死隊，一起向日軍發起進攻。10月9日晚，萬家嶺、雷鳴鼓陣地炮火連天，在中國軍隊的猛烈打擊下，被圍日軍4個聯隊大部被殲滅。
日軍第106師團和第101師團都是特設師團，在萬家嶺遭到中國軍隊的重創，第106師團幾乎遭到全軍覆沒。
日軍進攻武漢，在以主力5個師團沿長江兩岸西進的同時，又調遣4個師團從北麵南下，沿大別山北麓地區向武漢進攻。這路日軍就是華中派遣軍所屬的第2集團軍。7月中旬至8月下旬，日軍第2集團軍陸續向安徽合肥地區集結。
富金山防線，由國軍第71軍軍長宋希濂指揮，他決定依托既設陣地頑強抗擊。宋所部參加過淞滬會戰，積累了對日軍作戰的經驗。
富金山戰鬥，國軍在宋希濂指揮下，與日軍激戰數日，始終堅守陣地，日軍攻占一處陣地，宋希濂就組織部隊反攻，給日軍以重大殺傷。擔任第一線進攻的日軍傷亡重大，連續5次補充兵員，都無法突破富金山一線陣地，日軍被殲數千人。第13師團每個連隊平均減員到40人，營長一級的軍官傷亡也很大。日軍第2集團軍無可奈何，被迫兩次增兵，援助第13師團，但仍未見成效。
東久邇宮稔彥王司令官十分氣惱，被迫再次增兵，他調第16師團前往葉家集進行增援。同時，為加強第13師團進攻力量，還給第13師團增配了獨立機槍隊，獨立輕裝甲車隊，炮兵部隊。
9月11日，得到兵力兵器加強的日軍第13師團，重新向富金山陣地發起猛攻。國軍第71軍的側背受到日軍的嚴重威脅，宋希濂組織部隊給日軍以打擊後，奉命撤退，到小界嶺一帶組織防禦。
9月17日，日軍第2集團軍向第13、第16師團，下達了突破中國軍隊大別山防禦體係的命令。根據這一命令，第13、第16師團開始進攻沙窩、新店等地。中國軍隊利用大別山的各個要隘和險峻地形，機智地與日軍周旋。日軍如同進入了一個難以自撥的泥潭，國軍用各種方式持續阻擊了1個多月。
日軍在突破中國軍隊設置的大別山防線時，死傷5000餘人。日軍第16師團第33聯隊，這支擔任主攻任務的分隊，僅剩下中隊長以下13人。日軍步兵第39聯隊從廬州出發時，全聯隊編製2800人，到9月底，全聯隊官兵不足800人，部隊減員四分之三。