时间推前一天，日军在侵占和县、含山、巢县等地后，集结了两个联队的步兵，在炮兵、骑兵以及战车部队的配合下围攻合肥。
此时日军已经拿下了合肥东面的门户肥东，距离合肥重镇只有几十公里的距离了，守军处境非常个危险。
由于日军距离合肥城实在是太近了，因此早在5月10日的时候，第三战区长官部就从合肥撤离了，顾长官带着第三战区的指挥中枢撤到了合肥西南的六安城，只留下第194师守合肥。
但不管是顾长官还是留守合肥的194师的部队都知道，合肥城是守不住的，留下194师只不过是为国军留了一块遮羞布而已，不至于让国人说第三战区望风而逃，仅此而已。
5月13日下午，由六家畈、长临河一带西犯的日军一部500余人，逼近合肥城东南国民党守军阵地前沿五里庙一带，守军随即与之血战，日军无力北上。
而后不久，沿合巢公路西进的3000多名日军向店埠国民党军阵地发起攻击。与此同时，肥东方向一个联队的日军也逼近合肥城。
晚上19时30分，日军开始全线攻城。
尽管合肥守军顽强抵抗，但因兵力不足，加之布防不当，14日凌晨，朱家岗、王大郢一线阵地被日军摧毁。
5月14日上午，第三战区守军抵抗不住日军的进攻，向西撤退，日军随即以12架飞机轰炸掩护后续部队攻城，先后从德胜门、小南门侵入合肥城。
下午，古城合肥遂被日军攻陷。
不久，合肥130个乡镇中有38个成为沦陷区，17个成为半沦陷区。
而且合肥沦陷当日，日军侵入城内，居民分别向西、北方向奔逃。北门外的一座石桥，是出入北门的必经之路，难民蜂拥过桥，把桥面挤得水泄不通。
此时，灭绝人性的日军竟以机枪扫射，霎时桥上尸首枕藉，桥下尸体满壑，河水为之断流。
次日起，日军又在全城挨家逐户搜捕，将所有被怀疑者抓到卫衙大关等地进行集体屠杀，合肥居民遭到前所未有的劫难。很快，死于日军刀枪之下的即有5000余人，超过当时留城人数的一半。
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