10月2日，第一兵團各部隊奉令加緊包圍，痛殲日軍，對各部隊的軍事行動作了具體部署，我軍兵力占明顯優勢，而且士氣高昂，此時的日軍處境十分窘迫。
薛嶽命令南潯、德星線上的第四、七十四軍，第一八七、一三九師包圍萬家嶺地區日軍於東半麵；命瑞武線的新十三、十五師，第九十一、一四二、六十師，預六師包圍日軍的西半麵，向敵發起第二期攻勢。此時，我軍兵力已占明顯優勢，且士氣旺盛。
我軍從東西兩路同時向敵一零六師團發起攻擊，敵我反複爭奪，戰況慘烈。
日軍陣勢大亂，師團位置都難以確認，不得不請求第十一軍司令部以飛機偵察，其結果師團推測的位置和實際地點約偏南十公裏。
3日，我第九十、九十一師從東西聯合夾擊南田鋪，重創敵軍，並以密集炮火轟擊敵一零六師團司令部所在地，使敵師團司令部亦麵臨危險之狀態。
此時，敵糧彈嚴重匱乏，隻能倚仗空投。
5日，中國軍隊調整部署，第七十四軍五十八師從南麵、第四軍九十師從東麵、預第六師和第九十一師各一部從西麵、第六十六軍一五九師和一六○師從北麵四個方向加緊合圍敵軍。決心集中兵力擊滅深陷泥淖的敵一零六師團。
薛嶽電請蔣介石，縮短外圍戰線，從東西南北四麵對敵一零六師團形成包圍。
此前，敵一零六師團被殲近半，其糧、彈兩缺，全賴空投，有被全殲可能。
此種情況經我方廣播後，日本朝野震驚。
華中派遣軍司令親自組織宇賀支隊、鈴木支隊和第二十七師團留置的佐枝支隊，由箬溪地區沿武(寧)永(修)路東進，馳援一零六師團。
我第一兵團不得不由包圍萬家嶺地區的部隊中抽出新十三、十五師，第六十、九十一師，預六師等南下武永路阻止日軍東進。
6日，薛嶽下令反攻。
7日，我軍7日又撇下一零六師團，主力轉向西，朝辛潭鋪前進。在東路德星線，敵軍亦未有任何進展。
敵第一零六師團已孤立無援
。第一兵團綜合各方情報，認為敵一零六師團主力孤軍鑽入我南潯線與瑞武線兩大主力之間，是殲滅它的極好機會，決心抽調德星、南潯、瑞武三線的兵力，圍殲竄至萬家嶺一帶的日軍。
將日軍退路完全切斷，晚上我第四軍戰士經過激烈的肉搏戰又將山頭奪回，始終守住這百米高的陣地，粉碎了日軍通過這一帶衝出白槎、斷德安我軍後路的險惡計劃。
我軍向敵開展第三期總攻。
第六十六軍以第一五九師及第一六一師之一部展開於金娥殿、公母嶺之線，向石堡山攻擊前進；第四軍之遊擊部隊於7時在劉家嶺與敵300餘人遭遇；第七十四軍經數度猛攻，終將長嶺完全克複，並將張古山之敵包圍。
8日，駐第一○六師團的軍參謀櫻田鐐三中佐把師團的處境報告給軍部，電文預示著第一○六師團的末日即將來臨。
第六十六軍進占石堡山、老虎尖，並以一部與第四軍協力攻占獅子崖西北高地。
第五十一師於該日拂曉前一度攻克張古山最高點，但天明後，敵千餘人憑飛機支援反攻，將該地奪回。第一四二師(欠一團)亦於11時由城門山出擊，攻占桶漢傅、周家之線。永武路之敵援軍，亦被我阻於來龍嶺。這樣，敵一零六師團在我四麵包圍中，已成甕中之鱉。
9日，國民黨軍奪回梨山等陣地，最後將包圍圈緊縮到南田鋪、雷鳴鼓劉和潘家３個村莊約三四平方公裏的狹小地區。
敵我仍在激戰中。
薛嶽考慮到武永路敵人援軍源源而來，德星線的日軍亦在西進，圍攻一零六師團的時間不宜過長。待我各攻擊部隊迅速準備就緒，遂令部隊迅猛推進，各守備部隊努力壓製當麵之敵。
晚上，先頭部隊攻進雷鳴鼓劉日軍第一○六師團司令部所在地，與日軍展開刺刀戰，不久，日軍空頭照明彈，僅掩護二三百人於10日淩晨向西北方向楊坊街方向逃竄。
第六十六軍激戰至10日3時，將敵擊潰，克複萬家嶺、田步蘇，敵棄屍盈野。殘敵千餘人、馬300餘匹。
敵北退被我石堡山守軍截擊，大部轉向西退，一部300餘人被我包圍殲滅。第四軍攻占大金山西南高地及箭爐蘇東端高地。