115大隊也很快又落入了國軍包圍圈，5月6日115大隊在行軍中遭遇94軍側翼襲擊。此時日軍早已兵敗如山倒，沒有人再肯繼續作戰。
國軍剛一發動進攻，日軍就不顧小笠原大隊長命令，扔下全部輜重和重武器四散奔逃。一半的日本兵當場被國軍擊斃或者刺死，軍官幾乎全部傷亡。
當58旅團被圍的時候，板西司令命令新寧駐守的第34師團立即營救58旅團殘部。但是建制還比較完整的34師團居然以遭遇國軍襲擊，無法抽調兵力爲理由予以拒絕。
94軍在殲滅58旅團以後，隨即回軍攻擊新寧的34師團，34師團不敵退卻，國軍收復新寧。
日軍116師團在5月1日開始突圍行動，以120聯隊和133聯隊連續向國軍的青巖、鐵山發動猛攻，國軍57師170團抵擋住日軍15次衝鋒，青巖戰鬥擊斃日軍1600多人，116師團形勢危急。
1945年5月4日，板西司令終於認識到109聯隊已經無法營救，如果再堅持不退兵，整個116師團很可能全軍覆沒。在和來了解情況的小林參謀長多次會談以後，板西司令向岡村發電要求撤軍。同時電令116師團準備撤退。
5月6日，蔣介石二次下令何應欽開始總攻。這個電報被日軍電臺截獲，送交岡村處，岡村看了以後深爲震驚。5月10日，板西司令命令116師團全軍撤退。該軍隨即從月溪撤退到洞口附近。
此時109聯隊又向116師團長菱田發電求救，菱田不知道吃錯了什麼藥，在退到洞口以後又下令部隊回頭向月溪前進，策應109聯隊突圍。四方面軍王耀武司令針對日軍動向，命令18軍火速開往洞口，74軍協助18軍，務必阻擋住116師團。
同時以100軍爲主攻，首先消滅孤軍深入的109聯隊。此時58旅團和34師團已經潰敗或被全殲，47、64師團自顧不暇，116師團只能靠自己了。其實100軍包圍109聯隊以來，已經連續進攻了10天，109聯隊傷亡超過七成，倖存的1000餘人困守在幾個小山上，時刻遭遇國軍飛機轟炸和重炮的打擊。
109聯隊走投無路，甚至派出一個漢奸試圖繳械投降，開創了八年抗戰的歷史。但是國軍方面不知真假，沒有接受。
5月12日，100軍發動總攻，首先以重炮壓制轟擊，之後又以中型輕型迫擊炮精確打擊。炮擊之後，國軍二個師士兵奮勇出擊，他們和以往不同，在遇到日軍堅決抵抗的時候，國軍士兵就暫且停止進攻，利用迫擊炮，步兵炮和火箭筒將其摧毀，這樣的打法雖然比較慢，但是效果很好，傷亡也小。109聯隊無力抵抗，陣地很快被截成數段，大多數陣地裡的士兵稍加抵抗就全線潰敗。
1945年5月13日，國軍二個師長以下各級指揮官全部親臨第一線，幾小時以後，日軍主陣地被攻陷。日軍士兵此時已經沒有抵抗的意志，各自分頭逃生，大多被國軍當場擊斃，其中就包括109聯隊長瀧寺保三郎。
日軍只有1大隊藉助山地躲避到18日，最終被國軍發現全殲，大隊長飯島也被當場擊斃。至此109聯隊被全殲，100軍回軍幫助合圍116師團。雙方都在爭奪洞口鎮，116師團曾經以較大傷亡攻陷洞口、山門。
5月10日國軍74軍58師已經開到洞口，和日軍外圍部隊發生激戰。同時18軍一路收復白馬山和寨市，隨即進攻山門，攻陷這二地就封鎖了敵軍的退路。日軍也深知這點，隨即派出主力和國軍在二地激戰。
5月10日，18軍第11師32團進攻山門(山門是日軍右側交通隘道。4月21日日軍133聯隊數千兵力猛陷山門。)，攻勢兇猛，山門日軍聲嘶力竭的向116師團總部求援，但是日軍增援部隊全被32團擊退，5月13日32團收復山門，繳獲大洋馬300多匹，殲敵千餘人。
74軍則困難一些，由於洞口方面是116師團的主力所在，5月12日74軍暫6師才攻陷洞口外圍全部陣地。
此時王耀武作出了錯誤的判斷，他決定讓軍隊修整一天，準備向日軍發動總攻。這是本次會戰最大的失誤，此時116師團已經接到全軍立即撤退的命令。
於是於5月12日下令全軍經洞口後撤，此時18軍攻陷山門以後，已經通過戰俘得知日軍可能總撤退，但是由於對此情報不敢肯定，也沒有告知74軍。
5月13日74軍修整完畢以後，對洞口發動強攻，暫6師僅僅用了5個小時就收復洞口。不過此時已經來不及了，暫6師士兵親眼目睹116師團如泰山崩塌一樣向東方退去(包括二個步兵聯隊，三個工兵聯隊，還有二個炮兵聯隊和一個騎兵聯隊)。
暫六師趙師長不顧部隊疲勞，立即率部趁夜追擊，在途中遭遇日軍殿後部隊的阻擋。此時74軍軍長施中誠得知情況以後大爲吃驚，命令所有能動的部隊全部追過去。
芷江機場也全面出動三十五架飛機追擊轟炸，最終只全殲了日軍殿後一個聯隊的一千多人，錯失良機非常可惜。
116師團全軍潰逃的同時，國軍繼續打擊關根支隊和重廣支隊。關根支隊在武陽附近被全殲，其旅團長帶領全部軍官和少量士兵逃出，在5月20日於34師團會合。
34師團分出自己一部分兵力幫助其重建了二個大隊(不過有大半傷兵)，並且接受了並沒有參戰的原屬關根支隊的217聯隊，初步恢復了一定的實力。根據上級命令，關根支隊殘部和34師團應該立即撤退。
但是後退的路上有一個很大的障礙，就是初期沒有攻陷的芙蓉山。芙蓉山地理位置非常重要，爲保證116師團殘部成功突圍，上級命令關根支隊派出自己建制完整的的217聯隊奪取芙蓉山。
關根支隊在第34師團的掩護下，5月22日經桃花坪向西南撤退，6月1日夜渡過資水在九公橋附近集結。217聯隊在20日得到潰逃來的116師團120聯隊和133聯隊殘部2000多人的支援。