此战日军出动了第3师团、第13师团以及第15师团三个主力师团，其间冈村宁次关于这次作战还专门作了训示，要求各部队以虚虚实实的方法，作战中主要任务是歼灭中国军队，而不是攻城略地。
根据计划，敌第3师团于6月1日由空军配合，首先在东部开始牵制性的进攻，从信阳、应山以北的孟畈店、徐家店、淅河、以四路攻向枣阳东北的新集、四新集，对枣阳地区进行迂回。
由淅河进攻的一路，沿厉山、唐县镇、吴山前进；由徐家店向北进攻的一路经与汤集团军张轸的13军之89师、第110师交战之后，3日占领了高城镇。
再向北至合河时，则遭到王仲廉第85军更猛烈的抵抗，至5日才到达新集地区。
在信阳的第3师团之步兵第34联队的一个半大队，由其联队长铃木大佐指挥，向西从游河、吴店、小林店、月河，经数次战斗后，于7日攻占了桐柏县。
第3师团经8天作战，其四路之进攻部队，到达了桐柏县的洪义河、西新集会合，从东路迂回至枣阳的东北地区。
敌第13师团于6月2日由空军掩护，从钟祥沿汉水东岸向北进攻，经与33集团军的59军、77军战斗之后，迅速攻占了180师所防守之长寿店。
之后日军攻占了滚河北岸的张集、蔡阳，随之从枣阳以西绕至枣阳以北约20公里的太平、湖河，与东面西新集地区之第3师团，形成对枣阳以北地区之第一层迂回包围。
位于京山的敌第15师团，6月2日从黄家集、平坝镇发起进攻后，知此次作战的主要攻击目标第31集团军，正在应山以北的高城、合河地区，与第3师团激战，因而疾速北进攻向枣阳、随阳店，准备配合第3师团进攻，并占领了枣阳。
第5战区在此次作战中，除主力在正面作节节抵抗外，相当数量的部队仍在敌后坚持，特别是大洪山地区。
第31集团军在高城、合河地区作激烈抵抗时，发现敌从桐柏、枣阳以及新野、唐河作双重包围，乃于6月8日决定除由第13军军长张轸率第23师、独立第1、第2旅在桐柏山区进行游击外，其余的集团军主力以相互交替掩护的方法，向北经平氏、西新集之间撤退，随之被调驻第1战区南阳以西的镇平和内乡一带。
当敌11军发起正面进攻前后，江防部队和在大别山的部队即进行出击以牵制敌人。第41师收复京山西南的陆家砦，之后又收复了瓦庙及雁门口。
而在大别山区的第7军一部于则是攻入麻城的北门，随后又围歼敌一部于红安以北的打油尖。第2游击纵队则将大悟县夏店至花园的交通和通讯予以彻底破坏，滞缓日军的行动。
此次作战共打了8天，然第5战区伤亡人员约为28000人，而日军伤亡约为2450人。
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