4月初，日軍第20軍司令官坂西一良中將駐邵陽指揮日軍分三路向湘西進(jìn)發(fā)：南路第34師團(tuán)及第58旅團(tuán)等由新寧、武岡、武陽向洪江進(jìn)攻；中路第116師團(tuán)、第47師團(tuán)等由邵陽沿邵榆公路西進(jìn)，突入安江，直取芷江；北路第34師團(tuán)進(jìn)攻新化、辰溪、溆浦；另以第64師團(tuán)、第68師團(tuán)向?qū)庎l(xiāng)、益陽佯攻，以牽制中國湘北軍隊南下，企圖一舉攻下芷江。
巍峨不屈的雪峰山成為日軍不可逾越的城墻
4月21日，日軍第116師團(tuán)主力進(jìn)攻高沙和山門鎮(zhèn)，國軍第74軍57師據(jù)守，雙方呈膠著狀態(tài)。同日，日軍第116師團(tuán)第133聯(lián)隊猛攻洞口鎮(zhèn)，洞口失陷。同日，“雄雞行動”開始，印中空運部近百架運輸機(jī)承擔(dān)空運新六軍的任務(wù)，新六軍向芷江集結(jié)。
4月25日，新六軍新第22師的一個團(tuán)到達(dá)芷江，新六軍第14師也由美軍步兵第475團(tuán)以軍用汽車運到芷江。
4月26日3000余日軍向綏寧、洞口至洪江的要地武陽進(jìn)犯，武陽駐軍為國軍第74軍第58師174團(tuán)9連，與數(shù)倍于己之?dāng)常ㄈ哲姷?8師團(tuán)第58旅團(tuán)一部）苦戰(zhàn)4晝夜，全連殉國，武陽陷敵。4月29日國軍第44師馳援武陽，與日軍對峙。5月4日起國軍第94軍第5師經(jīng)3日激戰(zhàn)，攻克武陽，殲敵58旅團(tuán)長以下1,500余人。武陽大捷是湘西會戰(zhàn)由被動變?yōu)橹鲃?，由防御轉(zhuǎn)為反攻的標(biāo)志，為反攻作戰(zhàn)打下了基礎(chǔ)。
4月27日，日軍第68師團(tuán)主力猛攻武岡。當(dāng)?shù)乩习傩仗峁┡疵着浜先贤两⒎谰€，導(dǎo)致該城的工事極為堅固，國軍第74軍第58師的一個加強(qiáng)營全力據(jù)守一星期直至援軍到來。
5月6日，國軍第44師一部擊退日軍第34師團(tuán)一部，克復(fù)新寧。5月7日，國軍第121師與第44師之一部增援武岡，圍城日軍受重創(chuàng)后逃遁至綏寧一線，武岡城解圍。
5月9日，日本中國派遣軍下達(dá)了中止芷江作戰(zhàn)命令。 從5月9日至6月7日，中方反攻。日軍轉(zhuǎn)入戰(zhàn)略收縮防御階段。
5月10日，國軍第18軍第11師猛攻山門。同日，國軍第74軍第58師在洞口外圍與日軍116師團(tuán)激戰(zhàn)。
5月11日，新六軍在芷江完成集結(jié)，近3萬名官兵和2千余匹騾馬安全抵達(dá)，此時戰(zhàn)局已趨穩(wěn)定，因而未參加會戰(zhàn)。
5月12日，國軍暫6師攻克洞口外圍陣地，第四方面軍司令官王耀武命令全師休整一天準(zhǔn)備發(fā)起總攻。同日，日軍第116師團(tuán)接到立即撤退的命令。
5月13日，國軍第18軍第11師收復(fù)山門。第74軍對洞口發(fā)動總攻，收復(fù)洞口后發(fā)現(xiàn)日軍第116師團(tuán)大部已向東潰退，74軍軍長施中誠下令全軍追擊，芷江機(jī)場的中美空軍混合團(tuán)亦有約一個大隊的飛機(jī)配合追擊轟炸日軍，但只殲滅了日軍留以殿后的一個不滿編聯(lián)隊。
5月21日，中國第4方面軍指揮部下達(dá)了全線追擊命令，原據(jù)守雪峰山東麓的第74軍、第100軍發(fā)動全線反攻。第11師因先后攻克山門、石下江（湘黔公路節(jié)點），封鎖日軍退路、形成鎖匙，希冀協(xié)同各方面友軍全殲被圍日軍。
時值國民黨六中全會在重慶召開，全體與會人員對湘西戰(zhàn)事十分關(guān)注，戰(zhàn)場形勢呈有利態(tài)勢時中美高階將領(lǐng)額手相慶，重慶各界亦組織慰勞團(tuán)攜慰勞品準(zhǔn)備前往芷江犒軍。陸軍總司令何應(yīng)欽為順應(yīng)人心、不愿戰(zhàn)事拖延影響六中全會情緒，斟酌后決定開放石下江鎖匙，放日軍一條退路，提前結(jié)束湘西會戰(zhàn)。第11師師長楊伯濤接到第18軍軍長胡璉傳來的上級命令，將扼守石下江的一個團(tuán)全部撤離，第11師集中全力向敵側(cè)背攻擊。在日軍第20軍新調(diào)的近10個大隊的掩護(hù)下，日軍殘部沿公路逃竄至邵陽等地，各方面軍全力追擊，收復(fù)失地，恢復(fù)戰(zhàn)前態(tài)勢。
此戰(zhàn)役中，國民革命軍尚未完全換裝美械，但是借由這些尚未換裝完全部隊的火力，加上中美聯(lián)合空軍的空中支援（約400架各式戰(zhàn)機(jī)），即將日軍阻擋在第一線防衛(wèi)上，并將日軍打到喪失進(jìn)攻能力。在作戰(zhàn)后期由原路反攻。在國軍有效的防御反擊以及中美聯(lián)合空軍的支援下，以優(yōu)勢兵力將四路日軍直接當(dāng)面擊破，戰(zhàn)役結(jié)束。
湘西會戰(zhàn)的勝利標(biāo)志著日軍中國戰(zhàn)場攻勢的結(jié)束，粉碎了日軍攻占芷江機(jī)場的企圖，使得日本徹底失去戰(zhàn)場主動權(quán)，日方被迫從戰(zhàn)略進(jìn)攻轉(zhuǎn)入戰(zhàn)略防御。之后的幾個月日方處處設(shè)防，處處被動，最終走向失敗。
會戰(zhàn)損失部分，國民革命軍傷亡20,660人，其中陣亡7,737人（包含823名軍士官）。至于日軍損失方面較有爭議，日軍的官方戰(zhàn)史一直充斥數(shù)字不實的狀況；日本在官方戰(zhàn)史上最初承認(rèn)1萬1千人傷亡（其中5,000人戰(zhàn)死）。但是后來數(shù)字又被調(diào)整變成15,000人“因為疾病”傷亡，至于因病傷亡和那11,000人有沒有重疊也是語焉不詳，損失語焉不詳在日軍官方戰(zhàn)史上一直是常態(tài)，連帶影響到官史可信度；目前較被接受的說法日軍在整場會戰(zhàn)因各種理由造成了至少3萬上傷亡，被俘300余人（軍官被俘近百人）；由此可見日軍大勢已去，駐華日軍不得不才面對現(xiàn)實，逐步收縮戰(zhàn)線，強(qiáng)化在中國沿海城市與重要據(jù)點的防御能力。1945年8月21日，侵華日軍代表今井武夫到芷江簽訂投降書。
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