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。

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。

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。

据战役结束后一名日俘供认：&ldo;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。

&rdo;未能生擒松浦淳六郎，成为此次会战中最大的遗憾。

天明后，日军最后一次组织剩余兵力，在空军掩护下发动反击，终被击退。

11日，106师团残部退守雷鸣鼓刘、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。

12日，伤亡也很重大的66军和74军向不足千人的日军残部攻击数次，由于日军依仗空投粮食弹药，并缩小了防御正面，因此火力并未有太多减弱，这一最后的攻击未能奏效。

中国最精锐的部队与日军最弱师团的战斗力相比，特别是在士兵的战斗素养方面，仍有不小差距．

在中国军队猛攻106师团的同时，冈村宁次严令各部不惜代价，增援万家岭。

10日，第27师团102旅团在战车第五大队的配合下，突破725团阵地。

11日，华中派遣军调驻屯苏州的第17师团步兵旅团长（该旅团为三联队制）铃木春松少将率第54联队的第1、第3大队，第53联队的第3大队及野炮兵第23联队增援106师团。

同日，102旅团及战车第5大队突至杨家山附近。

13日，日军第17师团的步兵团到达武开路，与第102旅团会合，并肩向第60师、预备第6师等阻击阵地猛攻。

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：&ldo;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。

&rdo;

万家岭之战，虽然在最后的关头未能组织强大的力量，彻底歼灭106师团，但中国军队在此次战役中表现出的机动灵活、组织严密的特点，和中国士兵英勇顽强、不怕牺牲的精神，大大震惊了日军上下、朝野内外和国际社会。

而日军整整一个师团几遭灭顶之灾，在历史上从未有过。