中国的四川省地理奇特，无论从哪个方向进入，都要越过险峻的山脉和湍急的大河。因此，从军事上讲，要想进入“天府之国”，必须投入巨大的兵力并拥有雄厚的补给支援能力。就日本目前的国力、军力和财力看，似乎已不具备实施如此大规模作战的条件。尽管这次日军是朝着宜昌而来，但确实没有攻占重庆的企图，其作战的最大的目的竟然是去宜昌抢东西——日本人想抢的东西是船。
大东亚战争爆发以来，由于敌方潜艇的破坏，船舶损失累累增多，而且随着太平洋方面战势激化，输送兵员、军需品以及为国内生产军需品运输原料的船舶需求量慢慢的变大。在这种情况下，分配给中国战场方面的船舶似乎已经不多，特别是供中国内河航运需要的船舶在逐年减少，并且不能如愿以偿地得到补充。可是另一方面，在宜昌附近扬子江水面上却有十一艘内河航运轮船停泊在那里，总共有一万数千吨（最大的船有二千吨或三千吨）。
中国的长江流域河网纵横，没有充足的船舶，日军的补给运输没办法得到保证。原来日军拥有的有限的内河船舶，在长久的作战中被中国军队布下的水雷炸沉了不少，而大本营连太平洋作战的船舶都供应不及，哪里顾得上给侵华日军补充内河船舶？日军侦察机拍回来的航空照片显示，中国方面有意挑衅般在宜昌附近的长江江面上停泊着十几艘大船。日本人看着眼馋，但要把船弄到手，除了拼死去抢别无他法。同时，长江航道始终被中国军队切断，占领宜昌的日军孤零零地悬在那里，宽阔的长江水路无法利用，陆路运输艰难而危险，那么，在抢船的同时把长江航道打通不是两全其美的事吗？
但是，依旧很难设想，日军会不顾付出生命代价深入中国第六战区重兵把守的纵深地域，仅仅为了去抢几艘船。东京大本营不是明确规定尽量不再发动大规模攻势作战了吗？
毋庸置疑的是，对于东京的大本营来说，有一个不便明言的严重不安：随着太平洋战争进程的演变，日本方面的航空力量逐渐削弱；而在中国战场上，由于中美联合空军作战能力的加强，侵华日军占据非常大的优势的制空权也有丧失的危险。为维持中国战场上的制空权，特别是防止中美联合空军空袭日本本土，在战机数量捉襟见肘的情况下，大本营将关东军的一个飞行团抽调到了关内。既然制空权有丧失的危险，那么打通和保持水路畅通成为当务之急。就水路而言，中国最大的河流长江的航道都不能打通，纵然占搪着武汉和宜昌又有什么意义？——不能不打，不得不打，无论是大本营还是第十一军，在中国发动攻势作战的心境已与以往大不相同。
第三师团，代号“幸”，司令部设在湖北应山，由师团长山本三男中将指挥，辖步兵第六（缺第二大队）、第三十四（缺第三大队）、第六十八（缺第三大队）联队，骑兵第三联队，野炮兵第三联队、工兵第三联队，辎重兵第三联队，并配属从第六十八师团抽调的独立步兵第六十二、第六十四大队，独立山炮兵第五十一、第五十二大队，以及工兵中队一个、辎重兵中队一个。
第十三师团，代号“镜”，司令部设在湖北沙市，由师团长赤鹿理中将指挥，辖步兵第六十五、第一〇四（缺第三大队）、第一一六（缺第一大队）联队，师团骑兵队，山炮兵第十九联队，工兵第十三联队，辎重兵第十三联队。
第三十九师团，代号“藤”，司令部设在湖北当阳，由师团长澄田赉四郎中将指挥，辖步兵第二三二、第二三三联队，工兵第三十九联队。
独立混成第十七旅团，代号“峰”，司令部设在湖南岳州，由旅团长高品彪少将指挥，辖独立步兵第八十七、第八十八、第八十九、第九十和第九十一大队，旅团炮兵、工兵和通讯队。
野沟支队，从第五师团抽调，代号“广”，司令部设在湖北应城，由支队长、步兵第五十一旅团旅团长野沟式彦少将指挥，辖独立步兵第九十四、第一〇八大队。
野地支队，由支队长、第三十九步兵团团长野地嘉平指挥，辖步兵第六十八（缺第三大队）、第二三一联队；
长野部队，代号“椿”，司令部设在江西南昌，由部队长、步兵第二一七联队联队长长野荣二大佐指挥，辖步兵第二一七（缺第二、第三大队）联队、第二一八联队的一个大队、山炮兵一个大队和独立步兵第九十六大队。
小柴支队，从第四十师团抽调，代号“鲸”，司令部设在湖北咸宁，由支队长、步兵第二三六联队联队长小柴俊男大佐指挥，辖步兵第二三六（缺第一、第三大队）联队、第二三四联队的第三大队、独立炮兵第二联队第二大队、工兵第四十（缺第三中队）联队。
户田支队，从第四十师团抽调，由支队长、步兵第二三四联队联队长户田义直大佐指挥，辖步兵第二三四联队（缺第三大队）、工兵中队—个。
针谷支队，从第三十四师团抽调，由支队长、步兵第二一八联队联队长针谷逸郎指挥，辖步兵第二一八联队、第二一六联队第三大队和工兵中队一个。
军直辖和配属部队，从第六十八师团抽调的独立步兵第六十三、第一一五大队，野战重炮兵榴弹炮第十四联队，独立野战重炮兵加农炮第十五联队。
与以往的作战不同的是，日军决定采取逐次蚕食的战术，分别对安乡、公安、枝江和宜昌以西的三个地区实施四期作战，作战的基本步骤是从长江北岸渡江，沿江逐渐向宜昌方向推进：第一期从南县地区下手；第二期南北夹击公安至枝江间的中国军队；第三期在宜昌以西作战；第四期留一部分兵力维持长江航道的通畅，主力部队撤回后恢复战前态势。
此时的中国第六战区，辖第二十九、第十和第三十三集团军，加上长江上游江防军和其他警备部队，共有十一个军（三十个师）、三个挺进纵队和两个独立旅。由重庆军事委员会直辖的第三十二军也在战区范围内。战区司令长官部设在鄂西南的恩施，司令长官陈诚三月调任中国远征军司令长官后，第五战区副司令长官孙连仲被调到第六战区代行司令长官职务。
日军自“吃年糕作战”后，占据了华容、石首、弥陀寺等江南滩头阵地。由此，遵照重庆军事委员会的命令，第六战区重新调整了部署：东起洞庭湖西面的万林河口，沿着长江南岸一直向西北，延伸到宜昌以北的石牌要塞附近，然后转向东北方向，由南津关、横店至宜城附近的冯水，依托洞庭湖和汉水间的大片湖沼地带，依托长江天险和荆山山系的险峻地形，以石牌要塞为顶点形成了一个巨大的V字形防御线，与日军第十一军对峙。
关于第六战区的兵力如何配备，重庆军事委员会内部颇有争论。不少人认为，鄂西山地崎岖难行，三峡天险又在其中，还有石牌和庙河两个要塞，日军沿着长江向西进攻的可能性很小。如果日军要进攻，也只能从战区的两翼推进。因此，主张保持兵力重点于两翼，不必重兵把守江防。陈诚则不这样认为，理由是：日军在太平洋作战中越是失利，在中国战场上越有可能铤而走险，攻击重庆便是日军孤注一掷的目标。如果江防守军兵力薄弱，日军一旦发起进攻便能长驱直入。中国持久抗战多年重庆都没丢，到这样一个时间段再把重庆丢了，岂不前功尽弃？因此，必须以确保重庆为防御核心，重兵配置在以石牌要塞为轴心的江防方向。退一步讲，即使日军从两翼攻击，我军尚有补救的余地，不至于导致重庆陷落而动摇国本。
这也是“吃年糕作战”后，日军顽强地保持着江南滩头阵地而不退回原防地的重要原因。
中国第六战区防守长江南岸的部队第二十九、第十集团军以及长江上游江防军，三支部队沿着长江一线排开：第二十九集团军防守万林河口到茅草街一线，第十集团军防守茅草街经公安、松滋、枝江到宜都线，长江上游江防军防守宜都以西到石牌要塞一线。
日军开始集结，其江南滩头阵地的兵力明显地增加，中国方面已对日军的攻击企图有了大致判断，但对日军要不顾一切地攻击宜昌认识不足，以为日军渡江后很可能要进攻湖南的澧县和常德，因为那里盛产大米——中国方面想到了日军缺大米却没想到日军缺船——第六战区制订了相应部署。
尽管对日军主攻方向的判断存在误差，但中国方面沿长江的整体防御部署还是缜密的。
五月五日凌晨，日军第一期作战开始。第三师团在石首附近渡过长江，向中国守军新编第二十三师的百弓嘴阵地发起攻击；与第三师团并行攻击的独立混成第十七旅团，由藕池口向中国守军第十五师的茅草街阵地发起攻击；户田支队由华容附近向当面中国守军暂编第五师的三汊河阵地发起攻击；小柴支队由石首向中国守军第十五师的团山寺阵地发起攻击；针谷支队也从湖南方向进入洞庭湖向西航行，准备实施登陆作战。各路日军的进攻遭到中国守军的顽强抵抗，尽管前沿阵地先后被日军突破，但中国官兵让日军付出了很大的代价。
第二天，中国军队组织反击，与日军在梅田湖、芝麻坪、黄石嘴和八股头一线展开激战，双方反复争夺阵地，中国守军第十五师四十五团团长陈涉藩和营长李亚安殉国，第十五师和协同反击的第七十七师伤亡过半，各路日军逼近了安乡和南县。
第六战区代司令长官孙连仲按照预定计划，命令第二十九、第十集团军坚守阵地并继续阻击，命令江防军抽调第八十六军第六十七师以及第十八军的两个团策应作战。就在中国军队调动增援部队准备再次反击的时候，六日晚上九时左右，蒋介石的电报到达。蒋介石的电令等于让中国军队放弃南县和安乡地区，这违背了战前拟订的将日军的攻势瓦解在长江沿岸的计划。孙连仲只得急电江防军，撤销他的原有命令。
洞庭湖以西的中国守军第二十九集团军，只能在无另外的部队的策应和增援的情况下独自与日军苦战了。不仅如此，孙连仲还要落实蒋介石的“掩护产米区”的指示，他不得不从有限的部队中分兵去安乡和南县一带抢运大米。日军主力趁势齐头并进，中国守军拼死阻击作战，日军独立混成第十七旅团步兵第九十大队大队长舛尾芳治在攻击黄石嘴的战斗中被击毙，而“在梅田湖及荷花市的战斗过程中，步兵第四联队第三大队（坂田大队）所属的各中队长，全部战死或负伤”。
七日晚，日军第三师团一部和独立混成第十七旅团攻占安乡，中国守军第七十三军部队与集团军和战区都失去了联系。第六战区试图组织第二十九、第十集团军反击，反击部署尚未到位，日军便向南县猛扑过来。中国守军暂编第五师在多路日军的夹击下苦战一天，伤亡极大，八日晚向沅江方向突围，九日南县陷落。日军继续向南面的三仙湖进攻，中国军队全面退守洞庭湖南岸。
日军第一期作战的统计是：中国军队“遗弃尸体一万三千零六十七具”，被俘“一千二百八十四人”。日军“战死一百六十八人，其中军官十三人；负伤六百三十八人，其中军官三十二人”。
南县和安乡地区地势平坦，便于机械化部队机动，对中国守军的防御作战不利。日军采取集中主力多路突击的合围战术，攻击意识极强，推进速度极快，而中国军队在指挥上朝令夕改，部队作战意图含糊，兵力调动消极保守，虽然兵力数量占据着优势，但没能在任何一点对日军构成实质性威胁。在这种情况下，官兵的拼死作战，在日军的凌厉攻势面前，不能粉碎或迟滞日军的攻势，只能是徒增伤亡。日军仅用三天便攻占了盛产大米的南县和安乡地区，实现了其第一期作战企图。
第一期作战结束后，日军在安乡和南县地区留下一部分兵力，并向澧县和常德方向实施佯攻，牵制中国第二十九集团军不能向北运动，同时命令主力集结准备第二期作战，其攻击目标是松滋和枝江地区的中国军队第八十七军和第九十四军。
九日，日军第十一军下达作战命令：第三师团十二日黄昏后开始行动，主力从东港出发向新河市发起攻击，另派一部从牛浪湖西侧向公安方向出击；第十三师团十二日晚上开始行动，在董市西南渡过长江，沿着枝江到西斋的公路突击，切断松滋河西岸中国军队的退路，然后迅速推进到闸口附近，策应第三师团的作战；野沟支队和第十三师团一起渡江，然后向新河市方向前进，策应第三师团作战；独立混成第十七旅团留一部兵力警戒津市方向，主力则于十三日向北面的公安方向推进；针谷支队十三日后也向公安方向推进；户田支队和小柴支队在三仙湖和安乡地区继续“扫荡”；原来由第十一军直辖的松本幸次郎指挥的松本支队从弥陀寺向公安推进，划归独立混成第十七旅团指挥。
十二日，日军第三师团按照作战计划，在东港附近发动了攻击。同时，第十三师团和野沟支队开始横渡长江，长江天险竟然没有中国军队防守，整整一夜，日军第十三师团和野沟支队主力顺利渡江。十三日，日军第三师团突破当面中国守军阵地，推进到杉木铺至孟溪寺一线，主力猛烈围攻了中国军队的右冀第八十七军，导致该军伤亡惨重，尤其是第一一八师遭到了毁灭性打击。日军第十三师团和野沟支队渡江后，兵分多路向观音寺方向猛烈突进，中国军队左翼的第九十四军支撑不住向后退却。十四日，第八十七军第四十三师放弃了公安。十五日，中国守军各部撤退到了刘家场和茶园寺以西地区。十八日拂晓，松滋落入日军第三师团之手。
日军的第二期作战用了六天时间。在此期间，中国军队除了逐次抵抗外没有别的作为，而其败退速度之快却令日军追赶不及，日军由此对第二期作战战果很不满意。日方的作战统计是：中国军队“遗弃尸体三千四百二十六具”；被俘“一千一百三十八人”。日军“战死八十一人，其中军官五人；负伤二百七十九人，其中军官十七人”。——“第二期作战与第一期作战相比，战果虽小，但俘敌数二者相等，这都是西斋附近的包围歼灭战的结果。”
已经调任远征军司令长官的陈诚打电话给蒋介石，要求暂时返回第六战区指挥作战。在与蒋介石交换意见后，两人达成了这样的共识：如果让日军突破宜昌防线，沿着长江向西中国军队无险可守。长江上游防线的最后一道关口是石牌要塞，要汲取一九三八年马当要塞失守的教训，必须死拼死守，决不能让日军突破宜昌。
中国第六战区下达的作战命令是：第十集团军现地作战，确保聂家河、仁和坪、子良坪一线，坚决阻击日军第三师团北上，重点保持在左翼；江防军的左翼与第十集团军连接，确保石牌要塞；为加强江防军的兵力，第六十七师脱离第十集团军指挥，回归江防军第八十六军原建制；第七十九军和第七十四军增援常德，确保战场侧翼的安全。
陈诚抵达战区司令长官部的当天，日军第十一军也确定了作战部署：二十一日凌晨第三师团从茶园寺附近发起攻击，经聂家河和磨市进入长阳地区，然后继续北进；第十三师团进入全福冲和渔阳关后继续北；野沟支队二十二日凌晨从四得桥附近开始攻击，进入宜都西侧地区；第三十九师团二十一日夜从云池附近渡过长江，攻击长阳方向并北进。
十九日，日军第十三师团兵分两路从暖水街和刘家场出发，向皮家冲和三溪口的中国守军第四十三师和第一二一师阵地发动攻击，迅速突破后，二十日进至子良坪和仁和坪一线；日军独立混成第十七旅团从公安出发，突破王家厂中国守军新编第二十三师的阵地后，向常德方向发起佯攻，掩护进攻部队的侧翼。二十一日，日军第三师团向当面中国守军暂编第三十五师、第一二一师和第一一八师阵地发动攻击，双方激战至二十二日晚，日军渡过渔洋河占领聂家河、磨市一线。茶园寺方向的日军第十三师团与第五十八师团一部一起，夹击中国江防军第八十六军第六十七师。晚上，日军在聂家河附近强渡渔洋河，第六十七师官兵奋力阻击，但阵地最终被突破。日军野沟支队在汪精卫的伪第二十九师的协同下攻占宜都。日军第三十九师团在没有遇到抵抗的情况下渡过长江，进至汪家棚地区。日军另一部在宜都附近的红花套强渡时，受到中国军队第十三师的猛烈拦截，深入受阻。二十二日，渔洋关失守。日军第三十九师团在强大炮火的支援下，向中国守军第十三师阵地猛攻，激战一直进行到第二天中午，双方伤亡惨重，长岭岗的中国守军誓死不退，直至打完最后的子弹全部阵亡。晚上，中国军队第八十六军部队退守枇杷树、磨市、仙人桥一线，遭遇日军发生激战后，又退守到马鞍山、板桥铺一线，但左翼的乌龟山阵地未动。
二十二日中午，蒋介石的电令到达：命令江防军以第一线的两个师坚守现阵地，如果日军再突破深入，增加一个师在长阳一线，必须做到持久抵抗，最后的死守线是资丘、木桥溪、曹家畈和石牌要塞；命令第十集团军在清江以南继续持久抵抗，如果阵地再被日军突破，部队主力留在渔洋关附近打游击；石牌要塞要指定一个师拼死据守。
二十三日，除了野沟支队和伪军第二十九师原地未动外，日军第三师团和第十三师团集中主力，向中国军队第十集团军和江防军的正面阵地发起全面攻势。日军的各路攻击都须横渡数条河流，因为船只短缺导致攻击屡屡受阻。同时，这一带山路崎岖，行进困难，运输给养的驮马队跟不上步兵推进的速度，导致“粮秣短缺，官兵一边啃食生甘薯一边前进”。中国守军在日军大兵力联合突击下，尽管利用险峻地形进行着顽强阻击，但最终无法击退日军的攻势。刘家棚附近的日军向花桥、罗冢坪、纱帽山中国守军阵地猛攻，第六十七师的野战工事被炮火完全摧毁，官兵伤亡过半，师长也已负伤，不得已向后转移。日军紧追不舍，第六十七师将所剩无几的兵力投入反击，在中国官兵决死的阻击下日军攻势受挫。
长江上游江防军总司令吴奇伟根据战况调整了部署：命令第三十二军第一三九师守备沿清江北岸的资丘、马连、都镇湾一线，同时派出部队向龙潭坪、松杨坪方向警戒，并与第九十四、第八十六军密切联系；命令第八十六军第六十七师一部在原地继续阻敌，主力脱离敌人向都镇湾以南地区集结，然后开到汪家棚，与第十三师右翼和第一三九师联系，控制长阳，阻敌渡江，左翼与第十八军密切联系；命令第十八军固守长岭岗到小平善坝一线。
二十四日，日军各部队抵达了清江南北两岸地区，控制在宜昌地区的野地支队也由宜昌长江南岸的桥头堡开始向西进攻，试图切断中国守军的退路。此时，日军已全面逼近石牌要塞，尽管第六战区调集的第七十九军抵达了常德，第七十四军抵达了桃源，第三十军的先头部队抵达了榔树店，但远水解不了近渴，战场的作战中心聚集在清江和石牌地区，成为作战焦点的中国江防军承受着巨大压力。
位于长江三峡口右岸的石牌要塞，是拱卫重庆的第一道门户。要塞属于宜昌、巴东要塞区第一总台管辖，第一总台总部设在石牌西北的柳林沱。第一炮台设防于石牌，第二炮台设防于庙河。在石牌炮台上，还设有烟幕队、鱼雷队、观察所和无线电台。炮台配备了六门大炮，用以封锁长江航道。一九四〇年宜昌失守后，距离宜昌不到二十公里的石牌要塞成为中日两军对峙的前沿。为了确认和保证重庆的安全，蒋介石曾派海军总司令陈绍宽亲赴石牌要塞部署兵力。一九四一年，日军向宜昌西部发动攻势时，中国守军利用石牌要塞坚决阻击，海军在长江航道上布设了大量水雷，日军虽然攻占了宜昌至石牌间的平善坝，但石牌要塞扼守着长江航道，日军仍是无法利用长江航运，或者是沿长江向西威胁重庆。之后，日军派出战机轰炸石牌要塞炮台，但因这一带地形险峻，轰炸效果不佳。
尽管没有继续向西攻击重庆的计划，但只要占领了石牌要塞，无疑是威胁重庆的一个重要筹码。
石牌要塞的战场位置，相当于武汉会战时的马当要塞，而马当要塞的失守是导致武汉迅速陷落的重要原因之一。
吴奇伟的长江上游江防军，是为了固守宜昌附近的长江防线而单独列编的部队，要务即为拱卫重庆。这样一支重要的部队，其组成却十分复杂：池峰城的第三十军是由西北军发展而来，宋肯堂的第三十二军的前身是晋军商震部，方日英的第八十六军是以湘军为基础的半嫡系部队，只有方天的第十八军属于中央军系统。无疑，江防军中最具实力的部队是第十八军。第十八军下辖罗广文的第十八师、吴啸亚的暂编第三十四师和胡琏的第十一师。吴奇伟知道，江防军即将面对六万日军的进攻，如果守不住石牌附近的外围阵地而导致要塞失守，不但他的脑袋绝对保不住，即便死了也要身背历史罪名。
但是，前线的危机很快就出现了：在宜昌的西南方向，中国守军第十三师与日军激战多日，伤亡惨重，于二十五日上午向偏岩撤退。蒋介石亲自打电话给吴奇伟，命令第十三师不能再退，必须死守偏岩。可此时的第十三师弹药殆尽，伤员累累，部队完全失去了控制。吴奇伟急令第三十二军第五师师长刘云瀚迅速上前补缺。第五师和暂编第三十四师把继续突进的日军迎面拦住，在偏岩、雨台山、月亮岩一线陷入了苦战。在炮兵还没上来的情况下，发起强攻的日军死伤严重——由于中国守军持续作战能力不强，阵地终究是被日军相继突破，日军从一线阵地出现的缺口蜂拥而入，而第五师和暂编第三十四师的两翼部队不但不增援反而后撤了，招致刘云瀚师长大骂不止，说这些胆小鬼不被日本人打死也要被委员长砍了脑壳。
二十六日，吴奇伟命令第五师、第十八师和第十一师守备馒头嘴、峡当口和石牌一线。日军从偏岩向馒头嘴和峡当口突进时，必须沿着一条小河进入一片狭长的开阔地，第五师占领了开阔地两侧的阵地后，等于张开了一个口袋，吴奇伟命令第十八师与第五师一起，利用有利地形对日军实施截击。江防军部队刚刚部署完毕，日军便毫无顾忌地冲了过来，由于兵力过于密集，狭长的开阔地里满是日军的钢盔。当日军接近中国守军的阵地后，突然遭到两侧火力的猛烈打击，顿时死伤狼藉。进退两难的日军为摆脱危机，调集战机对中国守军阵地实施狂轰滥炸，甚至空投了伞兵，但伞兵刚一落地就被第五师官兵歼灭殆尽。
横山勇亲临前线，下达了在石牌、木桥溪一带围歼中国江防军的作战指令。同时，所有部队在宜昌附近抢到船舶后立即开走。
而陈诚认为，目前决战的条件没有成熟，只能采取不断纠缠的战法，把日军逐渐引进山岳纵深，待王耀武的第七十四军、夏楚中的第七十九军、池峰城的第三十军抵达中心战场后，才能对日军实施反击决战。”决战时间“预定为五月三十一日至六月二日间”。陈诚命令胡琏的第十一师“死守石牌要塞，并预做孤军作战准备”；命令江防军“以石牌为轴，固守三斗坪、石牌之线”；命令第十集团军各部于日军北进的正面“逐次抵抗，迟滞敌军前进”。.
陈诚寄希望于中央军嫡系部队第十八军，他命令罗广文的第十八师负责外围掩护，而把固守石牌核心阵地的任务，交给了他认为最有战斗力的部队胡琏的第十一师。
陈诚亲自打电话询问胡琏是否有把握守住石牌，深知没有一点退路的胡琏回答得很干脆：“成功虽无把握，成仁确有决心。”.
二十七日，日军一部由津洋口向两河口攻击，另一部向中国守军第五师阵地猛攻，遭到第五师的迎头痛击。日军在增加兵力后，向长儿坪、杨花子坡阵地继续攻击，同时向土地垭、刘家坝方向迂回，试图攻击第五师的侧背。晚上，日军由鸡冠岩、赵家莲向防守沙坦丘、胡家店、鲁家坝、柳林子的第十八军阵地攻击，两军短兵相接，随即展开了残酷的白刃战，日军的攻击进展受阻。
与此同时，日军在宜昌附近抢到了大小船舶五十三艘，在一个名叫里见金二的海军大佐的带领下，船队向长江下游开去。里见金二大佐很有成就感，因为这天是日本海军的纪念日。船队当天航行到沙市，第二天继续下航开到了汉口。——如此庞大的侵华日军，竟然兴师动众地抢了几十条内河船只，这一行为多少有些怪异。
二十八日，日军逼近高昌堰。高昌堰控制着三斗坪、宜昌、津洋口、渔洋关、贺家坪进出的狭长咽喉要道，是拱卫石牌要塞的要地，日军与中国守军在此激战到天黑，战场呈现胶着态势。而在战场的西侧，沿着曹家畈至宜昌大道进攻的日军，与中国守军第十八师激烈交战后，逼近了石牌要塞。
石牌要塞外围的中国军队发起反击，二十九日第八十七军部队夺回渔洋关，断绝了日军的后退之路。
石牌要塞里原有不少军马，打仗派不上用场，第十一师师长胡琏派兽医官崔焕之把这些军马护送到湖北秭归。胡琏顺便交给崔焕之几封遗书，托其代为寄出。遗书共有五封，分别写给其父、其兄、其妻和好友，内容大致相同，就是此次作战成仁的可能性很大，而为国效忠是军人的本分；人生百年，终有一死，死得其所，荣耀所在。崔焕之捧着遗书大哭不止。崔焕之走后，胡琏率师部人员进行了祭天仪式，愿苍天护佑将士们守住国土。
胡琏，一九〇七年出生于陕西华县的贫寒农家。一九二六年毕业于黄埔军校第四期，随即投入北伐战场，开始了职业军人生涯。他最早投靠南京警卫二团团长关麟征，在其手下当连长，关麟征部并入陈诚的第十一师后，他成为陈诚手下的干将。一九三七年全面抗战爆发时，他为第十一师六十六团团长，在淞沪会战中死守罗店立下战功，随即被提升为第六十七师第一九九旅旅长。之后率部参加武汉会战、长沙会战等，一九四一年升任第十一师师长。
十八日黎明，日军在战机和火炮的助战下，向第十一师阵地发动进攻。该师三十一团在团长尹钟岳的指挥下，各营沉着应战，在要塞火炮的全力支援下击退日军的多次攻势。天黑后，三十一团侧后的彭家坡阵地被日军突破，致使该团腹背受敌，阵地的一角陷落。深夜，陈诚打来电话，胡琏嗓音沙哑地表示，第十一师士气旺盛，日军要突破石牌进入西陵峡口，必须踩着第十一师全体官兵的尸体通过，否则他们绝对见不到巫峰。
十九日，第五师仍旧与日军苦战于香花岭附近，该师利用沿河阵地的险要地形顽强阻击，致使这路日军拥挤在狭窄的通道里无法前进。而在第十八师方向，由于官兵伤亡过大，八斗冲阵地丢失，石牌要塞面临着最危急的时刻。
从天亮开始，成群的日军战机将密集的炸弹倾泻在石牌要塞的核心阵地上，地面上的步兵潮水般地涌上来，把外围三十一团的阵地分割成几块。胡琏命令尹钟岳组织反击，尹团长毫不犹豫，立即下达了命令。冲锋号凄厉地响起，官兵们跃出掩体向日军迎头冲去。没有防备的日军顿时大乱，溃退下去。就在三十一团官兵乘胜追击时，黄烟弥漫，日军施放了毒气。双方僵持到天黑，三十一团转移到核心阵地。十二团和三十三团阵地也竟日血战，负责南面要隘的三十三团游国桢营长身负重伤，他裹伤指挥，鼓励士兵决死作战，最终死在阵地上。
三十一团刚刚退守核心阵地，防守侧翼阵地的数百溃兵涌了过来，后面紧跟着大批日军。紧急之下，胡琏命令三十二团副团长李树兰率部把日军压下去。李树兰迅速带领部队冲过去，并把友军的溃兵也组织起来，向日军发动了突然反击，日军的攻击被遏制。
军长方天打来电话，转达蒋介石的指示：石牌要塞乃国运所托，离此一步便无死所。胡琏把师部移到了石牌要塞四面都是岩石的最高点，然后和各团长官通话，希望各位尽其职守，战斗到最后一人，把敌人的枯骨和我等的血肉英名涂写在石牌的岩石上。
三十日，第六战区的增援部队陆续抵达战场。日军虽仍集中主力向石牌要塞和曹家畈一线猛攻，并试图从天柱山向木桥溪方向迂回，但防御石牌的第十一师阵地岿然不动。日军突破曹家畈阵地右翼后，受到中国守军的夹击，迂回木桥溪的部队也被死死地阻击在那里。
此时的战局开始对日军不利：石牌要塞攻占无望，中国军队第七十四军已在石门集结完毕，第七十九军的先头部队也已进入战场，第十集团军开始向渔洋关和天柱山方向迂回——中国军队大规模反击决战的条件趋于成熟。
横山勇显然认识到了危险，认为第十一军打击中国军队以及抢船并打通长江航道的作战目的都已达到，如不及时撤离战场很可能陷于被动，于是决定全线撤退。
三十日晚，在石牌外围苦战多日的第五师副师长邱行湘陪同师长刘云瀚在夜色中观察日军动态。他们登高远望，只见长江沿岸山坡上的灯火连绵不绝。
石牌保卫战，第五师在外围苦战一周，阵亡营长以下官兵五百零八人，负伤官兵三百余人。
这一天是防守石牌要塞核心阵地的第十一师师长胡琏难忘的日子。战斗进行到极端残酷之时，他曾给军参谋长赵秀昆发出一封电报，以“十一师为辞公（陈诚）根基，这样牺牲了可惜”为借口，希望把第十一师调出石牌核心阵地。但是，电报发出后不久，胡琏猛地发现当面日军不但停止了攻势，而且好像在战场上迅速消失了。——只是，这并没影响国内报刊在宣扬胜利时把胡琏称为“中国的崔可夫”。
至少在宜昌上游石牌要塞方向上，直到一九四五年日本投降，日军没能再向西深入中土一寸。
日军对第三期作战的统计是：中国军队“遗弃尸体九千零一十七具”，被俘“一千二百二十四人”。
中国第六战区发现日军撤退后，立即部署追击。日军久战疲惫，加上以往中国军队转入追击后动作迟缓，因此在撤退之初疏于警戒。待发现中国军队全面扑来后，后卫部队顿陷混乱。
日军第十三师团第一〇四联队、第一一六联队各一个大队以及第六十五联队一部，共三千多人，受到中国军队新编第二十三师、第五十五师的追击，中国军队第九十八师和第一师各一部超越日军实施包抄，将这股日军包围在磨市附近；日军第十三师团司令部和主力部队以及独立混成第十七旅团一部，也被中国军队第一二一、第十一、第一九四师和第九十八师主力围困在宜都城郊的狭窄区域内。由于船只被炸毁，日军无法渡江，遭遇围困后受到猛烈打击，负责收容溃兵的第二大队大队长皆冢义昌被击毙。日军第三师团第三十四、第六十八联队，第三十四师团第二一六、第二一七工兵联队等部队以及汪精卫的伪军第二十四师和伪九江保安队，分别在红花套至宜昌之间渡江撤退。中国军队第七十四军和第二十九集团军先后收复安乡、新安、王家厂、暖水街。日军第四十师团千余人和伪军第十一师三千余人，分别向石首、藕池口、公安方向撤逃。
横山勇得知第十三师团等部队被围后，决定立马停止撤退全力反击，独立混成第十七旅团奉命从公安出发反击追击而来的中国军队，第十三师团已经渡过长江的部队也被全部调回向磨市方向攻击前进。被包围在宜都和磨市附近的日军，因没有渡江船只，只得冒险从中国军队第一九四师和第九十八师的正面突围，以求另寻渡江地点。第一九四师因后续部队尚未抵达，寡不敌众，阵地被日军突破。松滋附近的日军也回头攻击中国军队第一一八师的侧背，该师退守余家桥。日军独立混成第十七旅团在攻击途中遭遇王耀武的第七十四军，致使该旅团受到重创，独立步兵第八十八大队大队长小野寺实、第八队大队长浅沼吉太郎先后被击毙。
七日，日军施放毒气后，被围部队突击而出，在聂家河与接应的部队会合。两路日军继续向东撤退，但是，当晚，第十三师团师团部遭到中国军队暂编第六师的夜袭——“师团长赤鹿理失踪”。
至六月十二日，日军各部队先后回到原来的出发地，中国第六战区收复了大部分失地，双方重又恢复到战前态势。
历时月余的鄂西会战，中国第六战区以十个军的兵力，抗击了日军约五个师团的进攻，凭借长江和山地的有利地形，守住了最后的石牌要塞阵地，并在转为追击时给予日军一定的打击。
就日军的作战企图而言，虽然未达到歼灭中国第六战区主力的目的，但还是对这一地区的多支中国军队造成重创，并实现了打通宜昌附近长江河道的目的。整个会战行动都是按照预定计划进行的，日军始终掌握着战场上的主动权，因此能说基本上达成了预想目标。
日军战后的统计为：中国军队“遗弃尸体三万零七百六十六具”，被俘“四千二百七十九人”；日军“战死七百七十一人，负伤两千七百四十六人”。
中国第六战区陈诚的报告则称：“是役敌伤亡约三万，死尸累累可数，我官兵伤亡自滨湖作战至鄂西会战约四万余人，但我战线各县人民生命物资遭敌兵之烧杀损失，则不可计数。”.在中国军队损失的统计上，双方大致不差，但陈诚对日军的损失却有夸大之嫌。陈诚虽然夸大了歼敌数字，但他坚持说这一战果是有“死尸累累可数”的，理由竟然是：以往友邦和友军看不起中国军队的重要原因之一，是中国军队的将领每战都虚报战功，这一次他要用有“真确之凭据”的战果，让世界对中国军队的作战能力有一个“真确之估计”。
我屡次胜利如台儿庄、长沙等役，每次宣传过甚，反使友邦怀疑。现在第六战区战事，美军部及史迪威等根本不信敌有进攻陪都之企图，以为敌决不致远道轻入深山狭谷，冒第五、第九两战区夹击之险，违反兵法原则，且中国士兵营养不足，军械窳陋，决无歼灭多数敌人之可能性。基于以上情形，我方为增高信誉起见，此次作战应有切实真确之凭据，供给总统及其左右之友华派，俾彼等对我作战能力，有真确之估计。
蒋介石确实通过外交途径，向美国方面转达了中国军队在“鄂西大捷”中的战果，但之后并未看到中国军队的声誉因此有了“增高”，更未见美国人对中国军队的作战能力有“真确之估计”。
数十年后，当局才修正了鄂西会战的统计数字：“第六战区战死两万三千五百五十人，负伤一万八千二百九十五人，失踪七千二百七十人；日军死伤三千五百余人。”并且说“虽得规复失地，惟败敌早已逃逸，甚少能予以致命打击。所谓胜利，并未歼敌有生战力”。.
尽管中国军队奋力作战，石牌保卫战也可圈可点，但把鄂西会战称为一次“大捷”着实勉强。
中国军队的根本问题，还在于国民政府统帅部以及军队高级将领战争指导思想的消极被动。国民政府在全面抗战开始后所秉承的“持久消耗战略”是符合国情的，但这并不等于坐等日军自行消耗。特别是太平洋战争爆发后，日军从中国战场抽调出大量兵力，留在中国战场的部队作战意志严重减退。在这种形势下，国民政府在正面战场上依旧采取只要日军不进攻就保持原状的策略，作战绝大多数都是日军大规模进攻后撤退时实施追击的单一战法。仅就鄂西会战而言，日军在此前的“吃年糕作战”中占领了华容、石首、藕池口等地，明显是为下一步进攻宜昌方向的作战开辟出发地，但中国第六战区竟然容忍了日军开辟桥头堡的行为，导致鄂西会战一开始中国军队便处于被动。鄂西会战开始后，日军改变了战术，在三个不同的时间和有限的空间内集中优势兵力实施突击，而中国方面依旧行动迟缓，作战呈一再退守状态，防御阵地被日军各个击破。
尽管如此，鄂西会战的结局还是引起了世界舆论的注意。美英两国的通讯社都发表了评论，认为“日军最近在华所遭受显著而可耻之失败，乃中国于第六年对日作战期间一有意义之新页之开始”。而美英舆论的评论重点则在于“华军获得空军配合作战，可谓以此第一次”，“日军之败退，中美空军亦有一部分功绩”。
五月十九日，日军围攻宜昌和宜都之间的中国守军时，中国空军第四大队出动八架P-.E、四架P-.型战机、猛烈轰炸了长江中的日军军舰；二十五日，中国空军由四川巴县起飞的十五架P-.E战机，分两批轰炸和扫射了长阳、宜昌一带的日军阵地。在日军与中国江防军激战时，中国空军和美军第十四航空队持续攻击了日军的交通线和后方补给线。二十九日，中美联合空军轰炸了日军占领的宜昌。三十日，中美联合空军的战机飞临岳州至沙市之间的长江上空，轰炸和扫射了日军的舰只，同时炸毁了停在沙市的日军的一列火车。傍晚，中美联合空军再次飞临宜昌，猛烈轰炸了日军的卡车车队，把宜昌附近日军的三个大储油罐炸毁，还在宜昌南部日军的重炮阵地上扔下了二十四枚五百公斤的炸弹，令日军的重炮阵地基本瘫痪。三十一日，中美联合空军轰炸了日军位于荆州和宜昌的机场，击落日机二十三架，击伤八架。六月一日，中国空军第一大队的三架SB-.型战机、第二大队的五架A-.型战机，轰炸了日军的梁山机场。同日，美国空军的十架P-.型战机飞赴前线，轰炸了铁路干线以及日军的火车和仓库。二日，美军第十四航空队在长阳至宜都之间寻找撤退的日军，击沉了日军渡江用的木船、汽艇和小火轮，扫射了正在行军中的日军。同时，美军飞机在宜都上空数次与日军的零式战机进行空战，日军战机被击落数架，美军损失轻微。三日，美军战机在长阳东部发现正在撤退的日军，随即俯冲轰炸扫射，日军损失惨重。两小时后，中国空军的战机飞来，日军的撤退队伍再次大乱。六日，中国空军的十三架战机由第四大队大队长李向阳带领，向聂家河附近的日军实施攻击，给日军以重创后返航，降落加油时十余架日机偷袭而来，第四大队中队长周志开刚刚加完油，在尚未安装保险伞的情况下果断起飞迎敌，连续击落三架日军轰炸机，创造了抗战期间中国空军个人一次击落敌机的最高纪录。
至鄂西会战正式结束的六月十二日，中美联合空军先后出动战斗机三百二十六架次、轰炸机八十架次，击落日机四十一架，炸毁敌机六架，破坏机场五处，摧毁日军阵地六处，炸毁日军舰船二十三艘。鄂西战场上日军步兵的头顶上每时都有中美战机的轰鸣声，尽管日军的零式战机有时前来格斗，但日军步兵眼看着自己的战机纷纷坠落，悲惨的场景令他们目瞪口呆。
在美军第十四航空队的援助下，中国飞行员已初步具备与日军飞行员长空决斗的能力。
接着，又一名日军高级将领的座机在中国上空被击落：指挥对中国各大城市进行“无差别轰炸”的日本陆军航空兵中将中菌盛孝，从台北飞往广州的途中，受到美国空军四架P-.战机的拦截，座机中弹后栽落在广东的流溪河岸，中菌盛孝连同他的随从一起当场毙命。
日本方面发现，中国战场上的“空中优势或许可以说在作战末期慢慢的出现了我与敌之间易位的征兆”。.
鄂西会战刚刚结束，传来欧洲战局发生骤变的消息：作为德意日轴心国之一的意大利，在盟军的打击和国内危机的迫使下发生政变，墨索里尼被扣押，意大利宣布向盟军投降。
此时正是日本政府和汪精卫伪政权签订所谓《日华同盟条约》的时刻。汪精卫发表长篇声明，说中国依赖日本比依赖英美更好，并再次对重庆方面实施诱降。
此时的蒋介石已经无暇听汪精卫说什么了。他已经接到去埃及开罗参加中、美、英三国首脑会议的正式邀请，而这个会议的中心议题是讨论同盟国如何联合对日作战。
在中国战场上，初步感受到了空中优势发生“易位”的日本人，此时或许也能隐约意识到，中国战场上最重要的“易位”，是中国的对日作战已经不可逆转地变成全球反法西斯战争的一部分，日本的战争对手不单单是中国了。
