1938年7月，日本开始进攻武汉外围广大地区。大战总司令为畑俊六大将，投入陆海空三军35万兵力，另拟新增调40万大军配合作战。调动飞机500余架，军舰120余艘，作战经费32.5亿日元。据战后发现日军文件证明，连日本本土仅留的一个近卫师团，也待命随时增援武汉大战。日本大本营陆军部文件说:“陆军为汉口作战倾注了全力，没有应变之余力。”8月22日，日军大本营下达188号、参谋总长第250号命令可以归结为两点:第一，“攻占汉口附近地区”;第二，“把蒋政权逐出中原”。日本天皇的命令明确表示:“此次大战所期待的是使蒋政权降为地方政权。”
国民政府则调集全部海空军，计有战舰40余艘，飞机100余架，陆军120个师总兵力约110万人。蒋介石亲自坐镇武汉直接指挥。蒋亲自到中央广播电台发表继起悲壮的讲话:“中国人民和政府已被日本侵略者欺侮压迫到最后限度，中国军队为了民族之生存，决心在武汉地区与日军决一死战。抗战爆发以来，已经作战的经历，足以证明在阵地战上我军力量之坚强，将士作战之勇敢无畏。”不过他也强调了另一个目标:“我军此次作战，将不以一城一地的得失进退为重，而在于自动地选择有利的作战地区，达成歼灭敌人有生力量之目的。”
战至7月26日，张发奎九江失守。8月1日第九战区第一兵团司令薛岳奉命指挥九江至南昌以及鄱阳湖周围战事。他把7个军的兵力部署在德安、瑞昌、庐山地区，摆下一个他自称为“反八字阵”的阵势，迎战冈村宁次的第11军。薛岳说:“我这个反八字阵势，如袋捕鼠，又如飞剪，敌犯右则左应，犯左则右应。敌若钻进来，就很难逃出去。”
7月下旬至8月初，日军第106师团沿南浔铁路两侧向德安方向推进，在沙河镇、南昌铺一带与薛岳部第8军及第64军进行了7天7夜的反复争夺，遭受重创，参与进攻的16000多人伤亡过半，冈村宁次不得不下令第106师团暂时停止进攻，在沙河镇附近休整。
8月24日，日军第9师团攻陷瑞昌，并由瑞昌向西南推进。为配合第9师团作战，第106师团又开始发起进攻。
8月27日零时起，在空军及炮兵的火力支援下，日军第106师团向薛岳部第70军、第64军及第4军正面阵地展开猛攻。
9月4日占领马回岭，因伤亡过大，又被迫停止进攻，在马回岭地区进行休整，并补充兵源，为了加强该部的战斗力，冈村宁次还将从杭州地区调来的第11 军第22师团的山炮兵第52联队配属给106师团。
9月下旬，冈村宁次从空中侦察了解到薛岳第1兵团主力在瑞(昌)武(宁)路方面作战，南浔铁路与瑞武路之间的守军兵力薄弱，出 现空隙，便命令整补后初步恢复元气的第106师团向西推进，企图切断南浔路与武宁路中国 守军间的联系。第106师团接到冈村命令后迅速行动。
10月2日，第106师团主力孤军深入到了万家岭地区。 当发现日军第106师团孤军深入之后，薛岳认为机会难得，随即给武汉军委会和9战区司令 部发电请示，拟抽调大军，歼灭突入该敌，以定后方。蒋介石迅速回电同意，并表示再调 遣部队支援薛岳。决心既下，薛岳乃从德星路、南浔路、瑞武路三个方面抽调第66军、第74军、第187师、第139师的一个旅、第91师、新编第13师、新编第15师的一个旅、第142师、第60师、预备第6师、第19师，会同负责正面阻击106师团的第4军，四面包围，全力出击。10余万军队开始在崇山峻岭中运动。
10月1日至3日间，第74军部第58师向已占领万家岭、哔叽街一带的日军连续攻击。日军在飞机掩护下拼死反击，双方伤亡均重。直到4日，双方在小金山、万家岭、张古山、箭炉苏一带连续机战，阵地几度易手。此时，薛岳调遣的各部队两万余人已陆续靠拢，对106师团已形成合围之势。身在九江的冈村宁次从空军侦察中发现薛岳给他的106师团伏下了一个口袋阵，立即命令106师团向北转进，向第27师团靠拢，同时命令27师团警戒106师团右翼，企图把106师团接出重围。日军第106师团师团长松浦淳六郎中将接到冈村命令，急忙行动，但紧要关头，松浦淳六郎和他的参谋发现难于识别地图!这次武汉会战中，日军所使用的五万分之一比例的军事地图，正是1926年冈村从孙传芳那里窃取来后，由参谋本部印刷发至各部队的，里面多有不准确之处，无法比照参照物予以纠正，他们试图借助指南针标定方向，可当地又有磁铁矿藏，指南针失灵。如无头苍蝇般在山中冲撞一两日，处处遭到中国军队阻击，也未找到一条生路。106师团注定了在劫难逃。
10月5、6日两日，第1兵团主力第74军(即后来的号称国民党军五大主力之一的整编第74师的前身)等部在长岭、背溪街、张古山、狮子岩等处与日军第106师团机战。10月7日，薛岳认为歼灭当面日军的时机已到，下达了对敌第106师团展开总攻击的作战命令，当晚8点，总攻击开始打响，第66军以第195师及160师向石堡山攻击前进。74军第51师在师长王耀武指挥下，153旅作为主攻，151旅作为预备队，以主力向张古山进攻，并占领张古山主阵地。当夜日军反攻，战斗至烈，“305团预备队用尽，营长王之干阵亡，连长以下，伤亡亦众”。到8日早晨，在日军二十多架飞机轰炸下，日军发动反击攻势，双双机战，305团团长唐生海、营长胡雄均负重伤。黄昏，国军再次攻占张古山主阵地，305团代团长于清祥殉国，官兵伤亡惨重，不得以退回。9日，从51师挑选400名突击队员，由第51师153旅副旅长张灵甫率领，从晚上8点进攻，再次占领张古山主阵地，并配合援军乘胜向哔叽街进攻，至10日上午全歼哔叽街日军。
在中国军队的打击下，日军第106师团损失惨重，特别是日军基层军官伤亡惨重，华中派遣军司令官畑俊六大将亲自组织向万家岭地区空投了200多名联队长以下军 官，以加强力量，这在整个中国抗日战争中是绝无仅有的。因此阵地对日军突围至关重要，以飞机重炮攻击，51师只得退下，入夜又夺回，经五昼夜反复争夺，张灵甫带伤坚持战斗，终于牢牢控制该阵地。
蒋介石命令薛岳，务必在10月9日24时前全歼该敌，结束战斗，作为给“双十节”的献礼。15时，薛岳命令各部队选拔勇壮士兵200至500人组成奋勇队，担任先头突击。同时各部长官一律靠前指挥，薛岳自己也亲临一线。18时，炮火准备。19时，奋勇队出击，各主力部队紧随其后，向箭炉苏、万家岭、田步苏、雷鸣鼓刘、杨家山等地全线攻击。各部队前赴后继，踏尸猛冲。经一晚血战，106师团的防御阵地彻底崩溃。机战至10日晨，第66 军收复万家岭、田步苏，第4军收复大金山西南高地和箭炉苏以东高地，第74军收复张古山 ，第91师收复杨家山东北无名村，第142师收复杨家山北端高地。战斗中，第4军前卫突击 队曾突至万家岭第106师团司令部附近不过百米，因天SE太黑，加之自身也伤亡重大，未能及时发觉松浦中将。据战役结束后一名日俘供认：“几次攻至师团部附近，司令部勤务人员，都全部出动参加战斗，师团长手中也持抢了。如果你们坚决前进100米，师团长就被俘或者切腹了。”未能生擒松浦淳六郎，成为此次会战中最大的遗憾。11日，第106师团残部千退守雷鸣鼓刘、石马坑刘、桶汉傅、松树熊等不到5平方公里的地区内固守待援。冈村宁次严令各部不惜代价，增援万家岭。鉴于基本歼灭106师团的主要目的已经达到，而各部队伤亡均极惨重，薛岳命令各部撤出战斗，全军退守永丰桥、郭背山 、柘林一线。随后，薛岳电禀武汉军委会：“此次敌穿擦迂回作战之企图虽遭挫折，但我集中围攻，未将该敌悉歼灭，至为痛惜。”
薛岳在整个战役进行期间，始终坚守在指挥岗位上，他让部下安置一张行军床，疲倦至极就在床上M糊一下。战事紧张或遇到苦战，他便亲临前线指挥，“硝烟起前，弹雨纷集”，随从们都万分紧张，他依旧“指挥泰然”，全然不顾任何危险。
万家岭战役的前敌总指挥为国民革命军第九集团军总司令吴奇伟。和薛岳一样，吴奇伟也是身先士卒，亲临第一线指挥。有次他正与第四军军长欧震通电话，敌机俯冲扫色，吴奇伟毫不理会，直至敌机把他的电话机打碎。战斗主力是蒋介石的嫡系第74军，万家岭战役打响之前，蒋介石致电薛岳，要他把伤亡惨重的74军调到长沙休整。薛岳回电：“调不下来。”蒋二次来电：“第74军在岷山伤亡甚大，应予调下整补。”薛岳回电：“赣北各军作战时间都比74军长，伤亡都比74军大，各军都未调下整补，对74军也请缓予调下整补。”好一副“将在外，君命有所不受”的架势，事实证明他是对的。
