5月10日国军74军58师已经开到洞口，和日军外围部队发生激战。同时18军一路收复白马山和寨市，随即进攻山门，攻陷这二地就封锁了敌军的退路。日军也深知这点，随即派出主力和国军在二地激战。
5月10日，18军第11师32团进攻山门(山门是日军右侧交通隘道。4月21日日军133联队数千兵力猛陷山门。)，攻势凶猛，山门日军声嘶力竭的向116师团总部求援，但是日军增援部队全被32团击退，5月13日32团收复山门，缴获大洋马300多匹，歼敌千余人。
74军则困难一些，由于洞口方面是116师团的主力所在，5月12日74军暂6师才攻陷洞口外围全部阵地。
此时王耀武作出了错误的判断，他决定让军队修整一天，准备向日军发动总攻。这是本次会战最大的失误，此时116师团已经接到全军立即撤退的命令。
于是于5月12日下令全军经洞口后撤，此时18军攻陷山门以后，已经通过战俘得知日军可能总撤退，但是由于对此情报不敢肯定，也没有告知74军。
5月13日74军修整完毕以后，对洞口发动强攻，暂6师仅仅用了5个小时就收复洞口。不过此时已经来不及了，暂6师士兵亲眼目睹116师团如泰山崩塌一样向东方退去(包括二个步兵联队，三个工兵联队，还有二个炮兵联队和一个骑兵联队)。
暂六师赵师长不顾部队疲劳，立即率部趁夜追击，在途中遭遇日军殿后部队的阻挡。此时74军军长施中诚得知情况以后大为吃惊，命令所有能动的部队全部追过去。
芷江机场也全面出动三十五架飞机追击轰炸，最终只全歼了日军殿后一个联队的一千多人，错失良机非常可惜。
116师团全军溃逃的同时，国军继续打击关根支队和重广支队。关根支队在武阳附近被全歼，其旅团长带领全部军官和少量士兵逃出，在5月20日于34师团会合。
34师团分出自己一部分兵力帮助其重建了二个大队(不过有大半伤兵)，并且接受了并没有参战的原属关根支队的217联队，初步恢复了一定的实力。根据上级命令，关根支队残部和34师团应该立即撤退。
但是后退的路上有一个很大的障碍，就是初期没有攻陷的芙蓉山。芙蓉山地理位置非常重要，为保证116师团残部成功突围，上级命令关根支队派出自己建制完整的的217联队夺取芙蓉山。
关根支队在第34师团的掩护下，5月22日经桃花坪向西南撤退，6月1日夜渡过资水在九公桥附近集结。217联队在20日得到溃逃来的116师团120联队和133联队残部2000多人的支援。
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