日军见正面无法攻下石牌,便命伴健雄师团和澄田师团一部迂回到石牌侧后方进攻。埋伏在山沟和岩洞里的胡琏师主力突然从四面八方一拥而上,将日军团团围住。机枪、步枪、手榴弹和迫击炮响成一片,喊杀声响彻云霄,日军一千多人被堵在石谷中,进退两难,最终全军覆没。胡琏师乘机组织反击,用刺刀和手榴弹与日军肉搏。在日军休息补充时,胡琏师派出小分队袭击骚扰,不让日军喘息。战士们迂回到日军后方,展开伏击、侧击和偷袭,组织特等射手专打日军指挥官和机枪手。石牌要塞守住了。
在中国江防军与日军激战时,中国空军和美国第十四航空队出动飞机,攻击日军阵地和日军的后方交通线。
5月29日,夏楚中军先头部队抵达淮子坪,王耀武军主力在石门集结完毕;第二十七师也到达榔树店东南地区;王敬久集团军接到陈诚的命令,全部从渔洋关和天柱山侧击日军,第一一八师以迅雷不及掩耳之势首先攻克渔洋关,带动了攻势转移,原定从渔洋关和五峰间北进的夏楚中军,转向渔洋关东北前进。