中国军队堵截106师团及阻击27师团东进万家岭
原来，防守白云山的第4军曾吃过日军迂回侧击的亏，所以这次他们在白云山四周派了大量的搜索队。
因此，106师团的踪迹很快便被发现了。
高度警觉的第4军军长欧震当机立断，很快便将向东防御变为了向西攻击，立时便将106师团拖在了原地。
这边马回岭的兵团长薛岳收到了第4军的急电后立刻便判断出岗村宁次的战略意图。
于是，万家岭周边的中国军队纷纷聚拢了过来。
不多时，一个马蹄状的围歼网便形成了，此时的106师团便身处包围网的核心地带。
后来，原106师团的幸存者，辎重队运输兵那须良辅在他的战后回忆录《地狱谷中的三个星期》如此写道，“雷鸣谷是周围环山的狭小盆地，我们向峡谷进军。后来才知道，周围的山中有数万敌军在等待着我们”、“当我发现敌军来袭时，我听到令人恐怖的迫击炮声，越过我的头上在前面50米的地方爆炸了。炮弹击中了马群，马群炸了窝般地在烽烟中胡冲乱撞。离开九江时有数千匹马，到雷鸣谷，连一匹马都没有了。从第二天开始，我们的中队就躲在水沟的土堆四周跟敌军对峙。然而由于四周的山中都是敌人，子弹从四面八方飞过来”。
中国军队重机枪阵地
106师团偷袭不成，反而陷入四面楚歌的境地。
为了突破中国军队的包围网，106师团长开始调集精锐向74军之第58师的防守阵地发动“锥形突击”。
前面的日军倒下了，后面的日军推着前面人的尸体作掩护继续往上攻。
到了最后，58师打得仅剩下了500多名能战斗的士兵，而日军在付出了3500人的阵亡代价后也只是占领了长岭和张古山两座制高点。
战斗至此，日军已经失去了继续突围的力量，只能就地固守待援。
10月5日，薛岳看到日军的力量逐渐衰竭，感觉围歼106师团的时机已经成熟，遂果断下达了总攻命令。
薛岳调集10余万精锐打算围歼106师团
在这一系列总攻行动中，张古山争夺战是重中之重。
因为此地是万家岭地区的制高点，可用炮火直接覆盖106师团在万家岭地区的防御阵地。
日军也知道张古山的得失关系到自己的最终命运，也投入了手中捉襟见肘的预备队和中国军队进行了3次激烈的争夺，但每次均以失败告终。
10月8日，106师团的防御阵地被中国军队进一步压缩，不仅师团指挥部的勤杂人员都被编入了战斗部队，连师团长松浦淳六郎也拿起了步枪。
106师团被包围的消息传到东京，震动了日本大本营和天皇裕仁。
自近代日本建军以来，还从未有过整个师团被围歼的先例。
于是，在天皇裕仁的强力介入下，同样遭到中国军队顽强阻击的第27师团只好分出了一部分兵力赶去救援。
此时的中国军队筋疲力尽，已经派不出更多的预备队投入战斗，只能眼睁睁地看着106师团逃出生天。
虽然如此，中国军队十余天的奋勇作战也使日军付出了万余士兵的伤亡代价。
埋葬在万家岭的阵亡日军
一年后，原国民党军1兵团第32军141师师长唐永良少将再次来到万家岭，看着当年血战后留下的场景，他在回忆录中如此写道：
“万家岭战场周围约10平方公里，都是矮山丛林，只有几个小村。在这10平方公里的土地上，布满了日军和我军的墓葬。日军的辎重兵挽马驮马尸骨、钢盔、马鞍、弹药箱、毒气筒、防毒面具等等杂物，俯拾可得。”
“此外沿山麓、沿道路、沿溪流，无处无日兵骸骨，若说五步一尺、十步一马，并不算过分。统计雷鸣鼓刘存、背溪街、万家岭一带战场，日兵骸骨至少在六千具以上，马骨至少在千具以上。”
“万家岭西南，日军遗骨最多。据当地人讲，一个村民曾从骷髅中，捡拾金牙30多枚。这当然是日本兵的，中国兵镶不起金牙。”
“万家岭西北一村，叫雷鸣鼓刘村，周围日军坟墓最多。村东稻田中，日军辎重兵马骨不下五六百具，铁制驮鞍亦多。1939年12月，日军第106师团将要回国的300多人，在该村停顿3天，向阵亡日军吊祭。这3天，砍树、砌台、立碑，300人足足忙了3天。”
