根據鄧陵提供的情報，第十九集團軍司令官羅卓英將駐高安的七十四軍置於中路，將李覺的七十軍和劉多荃的四十九軍分置於七十四軍的左、右兩翼的突出部位，以便在退卻中誘敵深入。
戰至三月十九日，戰場局勢完全同鄧陵的情報相符，第十九集團軍司令官羅卓英當即電令各部：“嚴飭各軍積極對敵猛攻，務必將深入之敵，殲滅於高安錦河南北地區。”
第九戰區總司令薛嶽也嚴令川軍陳良基和傅翼兩個整編師即刻起程，南下增援。
各路國軍懾於軍紀，又知援軍即將到達，都紛紛奮勇作戰。這樣一來，一場圍殲日軍第三十四師團之戰，就在上高地區全麵展開了。
日軍第三十四師團身陷絕境，仍想一舉殲滅第十九集團軍的主力，迅速奪取上高。
04
三月二十日，日軍第三十四師團采取錐形突入戰術，集中大炮十餘門和飛機三十餘架轟擊泗水西岸，防守陣地一片火海。
日軍強渡泗水後迅速突進，七十四軍第五十八師在師長廖奇齡的帶領下，奮勇作戰。直到深夜才退到二線陣地上，與餘程萬的五十七師合兵防守。
次日，日軍第三十四師團激戰竟日，仍未能突破第二線的防守陣地。
七十四軍為切斷日軍第三十四師團的退路，嚴令其五十一師肅清後麵的殘敵。不料，他們卻遭遇到了池田旅團的襲擊。
三月二十二日，軍長王耀武命令李天霞的五十一師咬住日軍，又令軍直屬野戰補充團急趨華陽，堵敵西犯。
野戰補充團冒著敵機的輪番掃射，以一小時十五華裏的速度搶占了華陽和附近的高地。一個小時之後，日軍大至，在飛機的轟炸下猛撲華陽陣地。
全團官兵浴血戰鬥，至使日軍死傷累累。氣急敗壞的池田直三少將下令施放毒氣，致使軍直屬野戰團傷亡慘重。
這時，李天霞的五十一師趕了過來，使池田旅團腹背受攻。雙方反複衝鋒激戰至二十四日的淩晨，池田旅團才敗退而走。
05
日軍被斷了退路，便把所有的兵力都投到了主攻陣地之上。
二十四日，日軍在七十餘架飛機輪番轟炸下，瘋狂地向廖奇齡的第五十八師猛攻。陣地完全被毀，兩軍反複肉博，各不相讓。
至此日軍第三十四師團已經攻擊乏術，漸漸地陷入了國軍的重圍。
第三十四師團急忙向第十一集團軍司令官圓部和一郎求救，圓部立即命令第三十三師團全速增援，並派其參謀長木下勇偕同作戰主任參謀山口中佐、大根大尉就地指揮各部，掩護第三十四師團回撤。
第三十三師團接令後，立即傾巢出動。
二十五日淩晨，他們首先猛撲正在向北翼包圍日軍的張方傳師和唐伯寅師，並取得突破。
二十六日淩晨，羅卓英司令決心施行二次包圍作戰，徹底殲滅日軍第三十四師團和前來救援的第三十三師團。
他一邊嚴令張言傳和唐伯寅兩師恪遵前令，防敵再度增兵接應。一邊命令餘程萬師和廖齡奇師從中心陣地上奮勇出擊。
二十七日，第三十四師團在第三十三師團接應下迅速回撤，殘兵敗將都極其狼狽。當日午夜，羅卓英下達了總攻擊的命令。
從三月二十八日到四月三日，日軍沿來路倉惶潰退，遺屍萬餘具。
06
此次戰役，中國軍隊擊斃日軍少將指揮官岩永和大佐聯隊長濱田，殲滅日軍一萬六千餘人。
同時，還擊落敵戰機一架，繳獲軍馬近三千匹，輜重物資無數……就連軍委會的參謀總長何應欽也說：這是抗戰以來最精彩的一戰。
蔣介石對堅守上高的七十四軍給出很高的評價，強調沒有他們浴血奮戰和誓死不退的忠勇精神，就不可能有圍殲日寇第三十四師團和三十三師團的上高大捷。
重慶軍委會特別授予七十四軍一麵無尚榮光的飛虎旗，激勵三軍。
飛虎旗是國民政府授予作戰部隊的最高榮譽，從此七十四軍就有了飛虎軍的美譽。
日軍戰史記載：三月二十八日淩晨二時，負責野戰醫院警衛的炮兵第八中隊，終於在土地廟村西端遭到優勢的重慶軍攻擊，致使該中隊在處理了火炮後，全體壯烈陣亡……三十三師團櫻井師團掩護主力撤退時，備嚐艱辛。二十八日渡過泗溪進入東岸，翌日開始向南昌城撤退。經過無法用言語形容的重重苦難，於四月二日，返回了原駐地。
上高戰役的完勝，不僅沉重地打擊了日寇的囂張氣焰，也極大地鼓舞了全國人民的抗日鬥誌。