日军惯用的这些软、硬兼施之手段，自然遭到英勇作战的第15军及所属之64师、65师和94师的断然拒绝。
随后，第12军之战车第3师团、63师团及协同作战的第2飞行团，按计划对洛阳城发起总攻，内山中将亦于当日至七里河的前方指挥所进行指挥。
总攻开始后，日军首先集中炮兵、航空兵对洛阳进行攻击轰炸，使古城上空覆盖着浓密的硝烟。
随之，山路秀男的战车第3师团、野副昌德的63师团之所属部队均按划分的作战地段，发起进攻。
当日晚间，该敌之两个主攻方向，即洛阳城西北角与东北角均被突破。
按照空中摄影连结成的地图，战车第3师团选定洛阳城的西北角作突破口，山野边荣吉少佐之第1大队，对该地进行突破。
其攻击方法是：坦克群掩护步兵，开抵突破口地区的防坦克壕外缘停止，之后，以坦克上之火炮及机枪，摧毁和封锁城墙上及城墙根之堡垒与火力点。
在其掩护下到达壕边的步兵，即以绳索、软梯之一头，系于坦克的车体上，然后顺绳索、轵梯下降至防坦克壕底，冒着守军浓密的火力及投入防坦克壕中之爆炸物，再以铁梯爬上防坦克壕对面的陡壁和攀登城墙，掩护其工兵将防坦克壕两面的陡壁，炸成斜坡与炸塌城墙，使战车部队与步兵群，越过防坦克壕而冲进城内。
攻击开始后，山野边的第1大队攻占了洛阳城西北角，经工兵将防坦克壕的两面陡壁炸成斜坡和炸开城墙后，战车部队突至洛阳城内的西体育场，向其划定的城内作战分界线推进。
瓦田隆根的3个步兵大队及稻垣大队，也于18时30分从西城门外之精华街、万安街、攻入城内进至胡家街，魏家街、里仁巷一带。
战车第3师团机动步兵第2大队，进攻洛阳城西北角火车站附近之守军，以策应其攻城部队并阻止城内守军由此北撤。
由于洛阳的四外及其以远之郑州、许昌、嵩县、卢氏已被日军占领；防守洛阳的3个师，经6天紧张的战斗已被敌四面包围，部队伤亡较大，补给亦已中断，原定与15军共同防守洛阳的刘勘兵团，在洛阳以西和新安一带遭到敌12军1个步兵师团、1个战车师团、1个骑兵旅团的正面进攻和1个师团向嵩县地区迂回后，已向西南后撤。
此时在前线指挥的15军军长武庭麟，根据东面、南面敌军之主力，已进至伊河、洛河及洛阳以西附近；由曲垣县城关镇渡至黄河以南的敌军主力，仍在渑池及其东西地区的情况，随即令守城部队，从洛阳城东南一带，徒涉洛河撤入山区。
至此，洛阳被日军战车第3师团、步兵第63师团攻占。
消息传到北平，日军华北方面军上下一片欢腾，甚至于华北方面军还难得的在城里举行了**的庆祝会。
然而，华北方面军的好心情并没有维持多久，接着从北部防线传来的一个消息打了冈村宁次一个措手不及——李国耀所部出手了。
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