见强攻不成，第4兵团绕至敌军后方，成功收复太湖、潜山地区，切断了第6师团的陆上补给线和退路。
随后国军第28军、第68军、第84军，再次向第6师团发起猛攻。
但由于白崇禧低估了敌人的战斗力，且日军第11军海军突破国军防线，从海上为守军运送了大量的粮弹和兵员，国军的进攻并未取得预期的成效。
随后，日军第6师团向国军发起了反攻，双方在黄梅附近的广济城展开了连续数日的血战，战场上喊杀声、枪炮声经久不息，面积不大的阵地上，堆满了两军士兵的尸体。
经过数日奋战，国军损失惨重，预备队全部用尽，被迫撤出广济地区。
但日军第6师团同样损失惨重，被迫于9月上旬停在广济地区休整，进攻暂时告一段落。
而此时，在武汉东北的大别山区，中日双方仍在激烈的交战着，日军第2路部队是第2军，他们的目标是越过大别山，直逼武汉。
不过，受“张鼓峰”1事件影响，部队直到8月22日才从合肥出发，在攻占六安、霍山后，决定兵分两路：
左路第13、16师团穿越大别山北麓，直逼武汉；右路第3、第10师团取道罗阳、信阳，迂回武汉。
但日军的如意算盘注定不能如愿，因为他们将遭遇我国军队最为顽强的抵抗。
9月2日，日军左路部队抵达国军防线要地富金山，国军71军在宋希濂的指挥下，充分利用居高临下的地形封锁公路，让日军寸步难行。
接下来的几天，日军第13师团在飞机、大炮的掩护下，向富金山阵地发起猛攻，但71军上下一心，誓死守卫每一寸土地。
至9月11日，虽然富金山被日军的炮弹炸得漫天大火、遍地硝烟，国军伤亡惨重，71军王牌师36师更是仅剩下800人，但日军却没有前进分毫。
日军无奈，只得命令第16师团协助作战，这令71军压力倍增，被迫放弃阵地，与30军、42军一同防守最后一道防线——小界岭防线，并打退了日军一连数天的猛攻，中日双方形成对峙状态。
而第2军右路部队同样在国军第1军、第46军的浴血奋战下，被阻挡在罗山、信阳一带，无法前进。
就在国军各部苦苦支撑时，一个令人振奋的消息传来：在长江南岸驻守的国军取得了辉煌的大胜。
日军第3路部队是在汉江南岸的第11军、第9、第27、第101、第106师团，他们的目标是沿长江南岸向武汉推进，但部队在南浔铁路一线遭到了国军第1兵团的顽强抵抗，进展缓慢。
9月下旬，心急如焚的第11军军长冈村宁次决定让106师团冒险出击，从国军防线之间穿过，直插战略要地德安，切断武汉守军的补给线和退路。
但孤军深入乃兵家大忌，冈村宁次也将为他的狂妄付出惨痛的代价。
国军第1兵团司令薛岳，在得到情报后将计就计，命令第4、第74军、新编13师、第15师、第91师等，总计10万人的部队在万家岭地区设下“口袋”，誓要让日军有来无回。
9月29日，日军第106师团落入圈套，被陷在象屿一带。国军如同猛虎下山一般全线出击，万家岭战役正式打响。
接下来的几天，万家岭地区十余座山头全部燃起战火，枪声、炮声如狂风暴雨般炸成一片，十几万大军搅在了一起。
战至10月9日，日军106师团余人仅有几百人在师团长松浦淳六郎带领下突出重围，其余全部被围歼，国军取得了辉煌的大胜。
这一战是我国军队唯一一次全歼日本整个师团的战役，沉重打击了日军的嚣张气焰。冈村宁次在战后承认：此是自己最惨痛的失败。
但可惜的是，国军在万家岭地区取得胜利，并不足以扭转整个武汉会战的战局，在双方巨大的装备差距下，国军各个关键地区还是相继失守。
9月29日，日军长江北岸部队攻占田家镇阵地，武汉门户大开。
10月下旬，日军第2军两翼分别突破信阳、罗山防线和小界岭防线，国军大别山防线被敌突破。
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注1张鼓峰事件：1938年苏联与日本之间爆发的局部冲突。张鼓峰事件，亦称“哈桑湖事件”。1938年日本军队在张鼓峰发动反苏武装进攻的事件。张鼓峰地区位于图们江左岸，在中朝边境交接处，该地紧靠苏联境内的哈桑湖。1938年7月苏军在张鼓峰及其以北沙草峰构筑工事。是月29日，日本出动其驻朝鲜的军队和关东军发起攻击，一度占领该地区。8月初苏军反击，在图们江和哈桑湖地区南、北夹击日军，激战数日，日军惨败，苏军夺回张鼓峰地区。日本政府遂要求停火，12日双方签订停战协定。此战对日本北犯苏联的计划为一沉重打击。