10月7日，薛岳认为歼灭当面鬼子的时机已到，下达了对敌第106师团展开总攻击的作战命令，当晚8点，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。</p>
74军第51师在师长王耀武指挥下，153旅作为主攻，151旅作为预备队，以主力向张古山进攻，并占领张古山主阵地。当夜鬼子反攻，战斗至烈：</p>
“305团预备队用尽，营长王之干阵亡，连长以下，伤亡亦众”。</p>
到8日早晨，在鬼子二十多架飞机轰炸下，第106师团发动反击攻势，双双激战，305团团长唐生海、营长胡雄均负重伤。黄昏，国军再次攻占张古山主阵地，305团代团长于清祥殉国，官兵伤亡惨重，不得以退回。</p>
在国军的打击下，鬼子第106师团同样损失惨重，特别是鬼子基层军官伤亡惨重，华中派遣军司令官畑俊六大将亲自组织向万家岭地区派出军官团试图突入救援，重新恢复对第106师团基层士兵的掌控。</p>
与此同时，郑三发子命令薛岳，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。</p>
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。</p>
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。</p>
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。</p>
而据战役结束后一名鬼子俘虏供认：</p>
“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。”</p>
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。冈村宁次严令包括刚攻下富池口要塞的第9师团和波田支队在内的各部不惜代价，增援万家岭。</p>
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：</p>
“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。”</p>
至此，万家岭作战结束；而鬼子第106师团哪怕想极力掩盖死伤，也只敢向第11军和华中派遣军司令部上报：</p>
“我军玉碎3300多人，此外伤病住院9900余人……”</p>
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