1938年7月，日本開始進攻武漢外圍廣大地區。大戰總司令爲畑俊六大將，投入陸海空三軍35萬兵力，另擬新增調40萬大軍配合作戰。調動飛機500餘架，軍艦120餘艘，作戰經費32.5億日元。據戰後發現日軍文件證明，連日本本土僅留的一個近衛師團，也待命隨時增援武漢大戰。日本大本營陸軍部文件說:“陸軍爲漢口作戰傾注了全力，沒有應變之餘力。”8月22日，日軍大本營下達188號、參謀總長第250號命令可以歸結爲兩點:第一，“攻佔漢口附近地區”;第二，“把蔣政權逐出中原”。日本天皇的命令明確表示:“此次大戰所期待的是使蔣政權降爲地方政權。”
國民政府則調集全部海空軍，計有戰艦40餘艘，飛機100餘架，陸軍120個師總兵力約110萬人。蔣介石親自坐鎮武漢直接指揮。蔣親自到中央廣播電臺發表繼起悲壯的講話:“中國人民和政府已被日本侵略者欺侮壓迫到最後限度，中國軍隊爲了民族之生存，決心在武漢地區與日軍決一死戰。抗戰爆發以來，已經作戰的經歷，足以證明在陣地戰上我軍力量之堅強，將士作戰之勇敢無畏。”不過他也強調了另一個目標:“我軍此次作戰，將不以一城一地的得失進退爲重，而在於自動地選擇有利的作戰地區，達成殲滅敵人有生力量之目的。”
戰至7月26日，張發奎九江失守。8月1日第九戰區第一兵團司令薛嶽奉命指揮九江至南昌以及鄱陽湖周圍戰事。他把7個軍的兵力部署在德安、瑞昌、廬山地區，擺下一個他自稱爲“反八字陣”的陣勢，迎戰岡村寧次的第11軍。薛嶽說:“我這個反八字陣勢，如袋捕鼠，又如飛剪，敵犯右則左應，犯左則右應。敵若鑽進來，就很難逃出去。”
7月下旬至8月初，日軍第106師團沿南潯鐵路兩側向德安方向推進，在沙河鎮、南昌鋪一帶與薛嶽部第8軍及第64軍進行了7天7夜的反覆爭奪，遭受重創，參與進攻的16000多人傷亡過半，岡村寧次不得不下令第106師團暫時停止進攻，在沙河鎮附近休整。
8月24日，日軍第9師團攻陷瑞昌，並由瑞昌向西南推進。爲配合第9師團作戰，第106師團又開始發起進攻。
8月27日零時起，在空軍及炮兵的火力支援下，日軍第106師團向薛嶽部第70軍、第64軍及第4軍正面陣地展開猛攻。
9月4日佔領馬回嶺，因傷亡過大，又被迫停止進攻，在馬回嶺地區進行休整，並補充兵源，爲了加強該部的戰鬥力，岡村寧次還將從杭州地區調來的第11 軍第22師團的山炮兵第52聯隊配屬給106師團。
9月下旬，岡村寧次從空中偵察瞭解到薛嶽第1兵團主力在瑞(昌)武(寧)路方面作戰，南潯鐵路與瑞武路之間的守軍兵力薄弱，出 現空隙，便命令整補後初步恢復元氣的第106師團向西推進，企圖切斷南潯路與武寧路中國 守軍間的聯繫。第106師團接到岡村命令後迅速行動。
10月2日，第106師團主力孤軍深入到了萬家嶺地區。 當發現日軍第106師團孤軍深入之後，薛嶽認爲機會難得，隨即給武漢軍委會和9戰區司令 部發電請示，擬抽調大軍，殲滅突入該敵，以定後方。蔣介石迅速回電同意，並表示再調 遣部隊支援薛嶽。決心既下，薛嶽乃從德星路、南潯路、瑞武路三個方面抽調第66軍、第74軍、第187師、第139師的一個旅、第91師、新編第13師、新編第15師的一個旅、第142師、第60師、預備第6師、第19師，會同負責正面阻擊106師團的第4軍，四面包圍，全力出擊。10餘萬軍隊開始在崇山峻嶺中運動。
10月1日至3日間，第74軍部第58師向已佔領萬家嶺、嗶嘰街一帶的日軍連續攻擊。日軍在飛機掩護下拼死反擊，雙方傷亡均重。直到4日，雙方在小金山、萬家嶺、張古山、箭爐蘇一帶連續激戰，陣地幾度易手。此時，薛嶽調遣的各部隊兩萬餘人已陸續靠攏，對106師團已形成合圍之勢。身在九江的岡村寧次從空軍偵察中發現薛嶽給他的106師團伏下了一個口袋陣，立即命令106師團向北轉進，向第27師團靠攏，同時命令27師團警戒106師團右翼，企圖把106師團接出重圍。日軍第106師團師團長松浦淳六郎中將接到岡村命令，急忙行動，但緊要關頭，松浦淳六郎和他的參謀發現難於識別地圖!這次武漢會戰中，日軍所使用的五萬分之一比例的軍事地圖，正是1926年岡村從孫傳芳那裏竊取來後，由參謀本部印刷發至各部隊的，裏面多有不準確之處，無法比照參照物予以糾正，他們試圖藉助指南針標定方向，可當地又有磁鐵礦藏，指南針失靈。如無頭蒼蠅般在山中衝撞一兩日，處處遭到中國軍隊阻擊，也未找到一條生路。106師團註定了在劫難逃。
10月5、6日兩日，第1兵團主力第74軍(即後來的號稱國民黨軍五大主力之一的整編第74師的前身)等部在長嶺、背溪街、張古山、獅子巖等處與日軍第106師團激戰。10月7日，薛嶽認爲殲滅當面日軍的時機已到，下達了對敵第106師團展開總攻擊的作戰命令，當晚8點，總攻擊開始打響，第66軍以第195師及160師向石堡山攻擊前進。74軍第51師在師長王耀武指揮下，153旅作爲主攻，151旅作爲預備隊，以主力向張古山進攻，並佔領張古山主陣地。當夜日軍反攻，戰鬥至烈，“305團預備隊用盡，營長王之幹陣亡，連長以下，傷亡亦衆”。到8日早晨，在日軍二十多架飛機轟炸下，日軍發動反擊攻勢，雙雙激戰，305團團長唐生海、營長鬍雄均負重傷。黃昏，國軍再次攻佔張古山主陣地，305團代團長於清祥殉國，官兵傷亡慘重，不得以退回。9日，從51師挑選400名突擊隊員，由第51師153旅副旅長張靈甫率領，從晚上8點進攻，再次佔領張古山主陣地，並配合援軍乘勝向嗶嘰街進攻，至10日上午全殲嗶嘰街日軍。
在中國軍隊的打擊下，日軍第106師團損失慘重，特別是日軍基層軍官傷亡慘重，華中派遣軍司令官畑俊六大將親自組織向萬家嶺地區空投了200多名聯隊長以下軍 官，以加強力量，這在整個中國抗日戰爭中是絕無僅有的。因此陣地對日軍突圍至關重要，以飛機重炮攻擊，51師只得退下，入夜又奪回，經五晝夜反覆爭奪，張靈甫帶傷堅持戰鬥，終於牢牢控制該陣地。
蔣介石命令薛嶽，務必在10月9日24時前全殲該敵，結束戰鬥，作爲給“雙十節”的獻禮。15時，薛嶽命令各部隊選拔勇壯士兵200至500人組成奮勇隊，擔任先頭突擊。同時各部長官一律靠前指揮，薛嶽自己也親臨一線。18時，炮火準備。19時，奮勇隊出擊，各主力部隊緊隨其後，向箭爐蘇、萬家嶺、田步蘇、雷鳴鼓劉、楊家山等地全線攻擊。各部隊前赴後繼，踏屍猛衝。經一夜血戰，106師團的防禦陣地徹底崩潰。激戰至10日晨，第66 軍收復萬家嶺、田步蘇，第4軍收復大金山西南高地和箭爐蘇以東高地，第74軍收復張古山 ，第91師收復楊家山東北無名村，第142師收復楊家山北端高地。戰鬥中，第4軍前衛突擊 隊曾突至萬家嶺第106師團司令部附近不過百米，因天色太黑，加之自身也傷亡重大，未能及時發覺松浦中將。據戰役結束後一名日俘供認：“幾次攻至師團部附近，司令部勤務人員，都全部出動參加戰鬥，師團長手中也持槍了。如果你們堅決前進100米，師團長就被俘或者切腹了。”未能生擒松浦淳六郎，成爲此次會戰中最大的遺憾。11日，第106師團殘部千退守雷鳴鼓劉、石馬坑劉、桶漢傅、松樹熊等不到5平方公里的地區內固守待援。岡村寧次嚴令各部不惜代價，增援萬家嶺。鑑於基本殲滅106師團的主要目的已經達到，而各部隊傷亡均極慘重，薛嶽命令各部撤出戰鬥，全軍退守永豐橋、郭背山 、柘林一線。隨後，薛嶽電稟武漢軍委會：“此次敵穿插迂迴作戰之企圖雖遭挫折，但我集中圍攻，未將該敵悉殲滅，至爲痛惜。”
薛嶽在整個戰役進行期間，始終堅守在指揮崗位上，他讓部下安置一張行軍牀，疲倦至極就在牀上迷糊一下。戰事緊張或遇到苦戰，他便親臨前線指揮，“硝煙起前，彈雨紛集”，隨從們都萬分緊張，他依舊“指揮泰然”，全然不顧任何危險。
萬家嶺戰役的前敵總指揮爲國民革命軍第九集團軍總司令吳奇偉。和薛嶽一樣，吳奇偉也是身先士卒，親臨第一線指揮。有次他正與第四軍軍長歐震通電話，敵機俯衝掃射，吳奇偉毫不理會，直至敵機把他的電話機打碎。戰鬥主力是蔣介石的嫡系第74軍，萬家嶺戰役打響之前，蔣介石致電薛嶽，要他把傷亡慘重的74軍調到長沙休整。薛嶽回電：“調不下來。”蔣二次來電：“第74軍在岷山傷亡甚大，應予調下整補。”薛嶽回電：“贛北各軍作戰時間都比74軍長，傷亡都比74軍大，各軍都未調下整補，對74軍也請緩予調下整補。”好一副“將在外，君命有所不受”的架勢，事實證明他是對的。
