5月21日拂曉217聯隊出動1000餘人開始進攻芙蓉山的獅子山高地，在重炮的掩護下日軍一個大隊首先渡江，防守獅子山的9連憑藉優勢地形反擊，中國空軍10架飛機也向江中日軍掃射。
日軍傷亡慘重。到了夜晚，日軍趁着夜色以全部主力進攻，終於渡過江，並且開始攻擊獅子山陣地。此時國軍獅子山工事幾乎被日軍炮火全部摧毀，守軍抵抗幾小時以後退守芙蓉山主陣地。
5月22日凌晨，日軍連夜將炮兵部隊移到獅子山，其中除了12門迫擊炮以外還有4門步兵炮和4門山炮。火炮剛剛準備完以後，日軍隨即猛烈轟擊，很快發射炮彈2000餘發，將芙蓉山工事摧毀過半，並且在雷區開闢出一條道路。
日軍以一個大隊兵力衝擊芙蓉山碉堡，守軍奮力抵抗。雙方展開白刃戰，反覆衝殺10次，日軍最終沒有成功。
5月22日，夜晚，日軍集中217聯隊餘下1000人，從三面攻擊芙蓉山陣地，此時國軍守軍僅有二個連200人，他們憑藉陣前的30米寬的雷區和2道鐵絲網抵抗，日軍以人海戰術衝鋒。國軍彈藥不足，只得在日軍靠近時候投擲手**，之後以白刃戰克敵，日軍連續衝鋒6次全部失敗。
到了夜晚，負責指揮的一連韓連長被一發炮彈擊中陣亡，士兵傷亡了過半，餘下只有100人。日軍趁夜攻陷了芙蓉山大半陣地，此時追擊的74軍暫六師一部輕裝趕到，向日軍發動進攻。
一舉攻陷日軍在芙蓉山佔據的三個高地，日軍第一大隊被擊潰以後，不顧同胞死後自己向後方潰退。日軍第二大隊殘部300餘人被國軍包圍，雙方激戰二小時，日軍死亡83人，其餘從小路潰逃。暫六師一部緊追不捨。
此時第二大隊已經到了辰水邊上，準備渡河逃亡，暫六師隨即追到。河邊的第二大隊士兵只得跳水逃生，被淹死和在水中擊斃的就有百人，只有數十人逃走。不過116師團已經連夜走山路逃走，暫六師還是慢了一步。
至此，歷時3晝夜的芙蓉山戰役以日軍的敗退宣告結束，僅日方公佈217聯隊即當場戰死軍官17名，士兵300餘人;而重建的115大隊幾乎再次被殲，117大隊殘部也有大量死亡。國軍軍奪獲輕機槍1挺、迫擊炮座板2個、步槍7支及其他戰利品多件。
戰後，重慶報紙讚譽固守芙蓉山的該營，可與上海四行倉庫的“八百壯士”齊名，分列抗戰一前一後，相得益彰，彌足稱頌。爲表彰其功，戰後頒發營長孫廷簡二等勳章一枚。
5月11日，73軍韓軍長命令15師和77師正面進攻，18師迂迴到敵人後方。結果47師團立即後撤，只有最前方的重廣支隊沒有來得及撤退被國軍圍困住。
國軍於5月12日以團爲單位輪番進攻重廣支隊，重廣支隊長帶領部隊拼死向後突圍，試圖和47師團主力會合。可惜此時47師團並不顧同胞死活，不但沒有前進和重廣支隊靠攏，反而加速後撤。
至此，日軍各部全線退回湘西會戰之前地域，長達55個晝夜的湘西會戰到此結束。日軍傷亡2萬7千人，其中死亡1萬2498，還有大約1000人被國軍圍困後失望自殺，日軍被全殲一個旅團還有四個聯隊，一個師團被重創。國軍繳獲迫擊炮43門，**炮13門，山炮5門，重機槍48挺，輕機槍240挺，擲彈筒260個，步槍無數，還得到了日軍洋馬1650匹。
國軍方面傷亡2萬660人，其中陣亡7817人(軍官823人)，約爲日軍傷亡人數的三分之二。除此以外，國軍還奪得日軍軍旗90多面，並且俘虜日軍447人(軍官42人)。
由於此次會戰，從時間、地區和雙方動員兵力來看，關係到中國抗戰成敗，故國民黨**表示，絕對不像過去一樣，使日軍有所幸獲，並且一再向官兵強調，這一仗只能打勝，不能打敗。
爲了打好這一仗，國民黨**調集23個師，集結優勢兵力和裝備使用於該戰區。在作戰指導思想上，國民黨**採取了“攻勢防禦”的作戰方針，即先守後攻。守是爲了消耗敵軍有生力量，攻是爲了進一步殲滅敵人全部或大部有生力量。
而日軍的第20軍在整個戰略態勢已處於被動的形勢下，以冒險的進攻開始，以狼狽的潰逃告終。
日軍自湘西反撲被扼制後，從此再未敢在其他地區進行冒險，雪峰山麓日軍尚未撤下戰場，岡村即於1945年5月初開始撤退侵入廣西的軍隊，接着又從廣州和湘西撤兵。日軍在雪峰山麓遭到慘敗後，整個中國戰場都陷入混亂潰逃的狼狽境地。
6月5日：美、英、蘇、法四強，共同宣佈德國戰敗。四強接管德國，將該國劃分爲四個佔領區。天皇再一次單獨召見趙繼統，明面上說的是那個打了敗仗的日本海軍聯合艦隊司令官豐田副武，竟然被平調了個軍令總長來當（5月20日），昭和天皇抱怨說道:“這人當司令長官都沒當好，怎麼又來當總長了?”
言下之意是現在有些事情，他已經做不了主了。然後又隱晦的表示能否和西方國家，特別是美國展開關於停戰、和平等方面的談判。
趙繼統只得放下了杉山元起草的“防衛戰草案”（杉山元身爲本土作戰的最高負責人之一，極力主張通過徹底抗戰來抵禦進攻本土的美軍，並計劃在對方構築橋頭堡之前，乘對方立足未穩之機，將其消滅。）頻繁的出入外務省，卻意外的獲得了一個消息。
那個被稱爲“人類歷史上最無恥的背叛”的希姆萊，如歷史一樣自殺了，格林也被捕了，納粹“維利會”（一個信奉超自然力量的歷史悠久的組織，像‘雅利安超人’和‘聖盃’等試圖找出神秘力量‘維利’(Vril)獲得戰爭的勝利的一個神秘流派。後來成爲納粹黨高層的一個小團體組織，納粹德國許多重要的核心人物都是維利會的成員，包括希特勒、戈林、希姆萊、魯道夫·赫斯、阿爾弗雷德·羅森堡和馬丁·鮑曼等。卐字標誌、UFO圓盤型飛行器與V型**也被一些神秘學學者認爲是納粹黨與維利會的關係衍生而成的)成員之中只有老朋友馬丁·鮑曼不知所蹤···