宋希濂的部署是以主力固守中央□□陣地，以原東北軍第一一四師防禦左翼陣地，以第八十八師防禦右翼陣地。
日軍荻洲立兵所指揮的第十三師團進攻矛頭的首先是直指中央陣地的第三十六師主陣地，日軍進攻模式可謂是可圈可點千篇一律的，先以飛機輪番轟炸，再以重炮集中轟擊，最後步兵以三角隊形反覆衝鋒。
實際上，富金山所處地勢並不算很險要，坡面傾斜度不過二十六、七度之多，但防禦中央陣地的第三十六師不愧是南京國民政府警衛師改編出身，又正逢補充了部分南京保衛戰撤下來的老兵和全部的蘇械武器，於是全師官兵拼死據守，使日軍攻勢屢屢受挫，日軍第十三師團鏖戰數日，直到九月六日，日軍第十三師團主力折損超過三千人人，但是依然還在山腳下仰望山頂無可奈何。
荻洲立兵猛攻之下第三十六師的防禦宛如銅牆鐵壁一般，日軍官兵的屍體在富金山正面主陣地上堆積如山，防禦主陣地的國軍官兵同樣棄屍累累，陣地幾度被日軍的重炮轟平，在血肉模糊的屍體之間，國軍官兵在向日寇射出復仇的子彈。
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進攻住陣地失利的日軍沒辦法只好轉攻左翼較爲薄弱的第一一四師陣地，同時使出了以一個步兵聯隊迂迴陣線後方的老套招數，這是日軍屢屢實施卻能頻頻奏效的招數，不過這一次，幸運女神顯然沒有站在日本人一方，因爲這次日軍的迂迴部隊被第八十八師及時發現，並且及時有效的狠狠打了日軍迂迴部隊一個漂亮的伏擊，損失了近乎一個大隊兵力的日軍，不得不原路返回，偷雞不成倒蝕把米的荻洲立兵，也是懊惱萬分，更讓其鬱悶的是同時正面進攻牽制的部隊也被打退了。
而且宋希濂還以二個團又一個騎兵營的兵力從左右兩翼出擊，尾隨追擊日軍第十三師團的潰兵，整整三公里的道路旁倒斃得都是日軍的屍體，日軍甚至丟棄了傷員與部分野炮輜重，荻洲立兵可以說從來都沒有過如此的狼狽不堪？中國軍隊的頑強讓他幾乎無計可施，巨大的傷亡讓第十三師團對於富金山來說已經成爲了絕望，傷心嶺是第十三師團官兵給富金山起的新名字。
面對死硬的中國守軍，荻洲立兵真是沒有辦法了，宋希濂所部中國軍隊幾乎是在以全員陣亡的架勢在與其死磕，在猛烈的炮火和轟炸之下，宋希濂所部第七十一軍官兵與東北軍第一一四師官兵抱定寸土必須爭，死而後已的精神，與日軍進行了慘烈異常的白刃戰，很多陣地前沿雙方都經過了十幾次的反覆易手，陣地的戰壕已經被炸平，到處都是鬆軟燙人的泥土，更多地方則是埋有殘肢斷臂，破爛腐臭的內臟隨處可見。
中國軍隊的頑強抵抗已經完全超出了荻洲立兵的預料，第十三師團佔領的幾乎所有的陣地，中國守軍官兵全部都是全員陣亡的情況下，只有還有中國士兵，他們還有子彈，他們沒流盡最後一滴鮮血之前，他們就不會停止抵抗，雖然大多時候他們都是徒勞的，他們用生命換來的不過是幾分鐘乃至幾十分鐘的時間而已！
久戰無果，傷亡超過三分之一戰鬥員的荻洲立兵在萬般無奈的前提下只好向東久邇宮王求援。
日軍的增援部隊第十六師團也是殺出重圍抵達富金山外圍的，因爲中國守軍奉行的節節抵抗的戰術，避免與其主力進行大決戰，所以擔負防守的部隊一般是沒有援軍的，只有防守的時間限制，守到時間就可以撤退。
面對增加了一個師團的日軍，傷亡過半的宋希濂所部也毫無任何辦法，而且所部的第七十一軍經過九日的激戰，守軍第七十一軍所部與第一一四師傷亡慘重，無力再戰，只好撤離陣地，轉移到沙窩、小界嶺一線陣地。
攻擊得手的日軍第十三師團與第十六師團乘勝追擊國軍所部，連佔葉家集和商城，逼近小界嶺防線，而小界嶺防線是大別山北麓最後一道阻擋日軍的穩固防線，如被日軍突破，日軍就將越過大別山山脈，沿公路一路順暢無阻地前進，國軍將無可以依託的有利地形來阻擊日軍。
小界嶺防線由宋希濂之第七十一軍、田鎮南之第三十軍和馮安邦之第四十二軍進行防禦，但是其中第七十一軍所部的第三十六師經過富金山慘烈無比的一役，只剩不足八百餘人，連半個團的兵力都不足。
而與此同時，在富金山受阻的日軍開始在其他方向尋求突破口，稻葉四郎指揮的日軍第一零六師團作爲繼第六師團之後的另外一把利刃，第一零六師團與第六師團的戰役目的不同，第六師團有如一把削肉彎刀，而第一零六師團則是一把鋒利的刺劍，其直接指向了武漢會戰各部激戰的□□腹地，萬家嶺，這個名字第一次出現在了最高統帥部的五萬分之一的地圖上。
松浦淳六郎與稻葉四郎在高飛熟知的歷史上置換了身份，所以高飛也無法確定第六師團與第一零六師團的戰術以及其在戰役之中所發揮的作用是否相同？可以說一切的一切都已經完全出乎了高飛的預料，歷史在這裡因爲兩名日軍將領的就任部隊的不同，而出現了一次難以預料的大改變。
歷史上的萬家嶺大捷的參戰部隊有國軍整第六十六軍，整第四軍、整第七十四軍，第一八七師，第一四二師，第一三九師，第九十一師，新編第十三師，新編十五師，第六十師，第十九師，預備第六師等部隊，而日軍方面則是第一零六師團之全部兵力。
國軍方面由薛嶽將軍統一協調指揮，日軍方面則由稻葉四郎指揮，對於國軍來說萬家嶺之戰是國軍在武漢會戰中難得一見的亮點，日軍的戰術是孤軍深入中心開花，而國軍的戰術則是尾追堵截全力阻擊外圍日軍，力爭全殲日軍一個師團之功！