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但武漢外圍戰鬥依舊激烈，田家鎮依舊在堅守，洪君器也不敢把物資全部疏散出去，結果田家鎮要塞在十二月底失陷後，武漢開始大規模疏散時，各種交通工具均被市民和各種軍事機關徵用，後勤疏散變得更加艱難，到日軍逼近城恆時，還有兩個倉庫的物資來不及疏散，只得炸毀。
田家鎮要塞苦戰二十多天終於失陷，日軍攻占廣濟後準備繞過田家鎮沿廣浠公路向西進攻，白崇禧親自指揮一零三軍和趕到戰場的二十七軍進行阻截，日軍無法突破，遂掉頭南下進攻田家鎮。
李延年率部堅守田家鎮，白崇禧指揮外圍的三十四集團軍反擊廣濟，蔣介石抽調何知重八十六軍和蕭之楚二十六軍增援，日軍也從十一軍和第二軍各抽調一個師團馳援。第二軍承受著來自空中、陸地、江面的猛烈炮火，官兵堅守不退，各級指揮官均前移。
第二軍全軍將士均知道田家鎮對武漢的重要性，因此儘管在黃梅戰役中損失較大，全軍上下士氣依舊高昂，依託堅固陣地阻擊日軍。李延年下令實施革命軍人連坐法，任何人均不准後退，後退者，死。
田家鎮激戰之時，白崇禧指揮三十四集團軍反攻廣濟，另以九十軍繞過廣濟側擊田家鎮日軍側翼，日軍猝不及防，損失慘重，被迫分兵阻擊，此舉大大緩解了李延年的局面，也是田家鎮能堅守二十多天的主要原因。
日軍白天進攻，中國守軍夜晚反擊；這個規律至到外圍陣地全部失守後才打破。外圍戰鬥第二軍損失慘重，五十六師兩個旅長和六千多官兵陣亡，日軍的損失同樣巨大，三個大隊長陣亡，兩個聯隊長重傷，還有三千多士兵戰死。
日軍在攻擊田家鎮之時，同時進攻江對岸的富池口，十一軍以波田支隊為主力攻擊駐守富池口的歐震第四軍，蔣介石急調五十四軍增援，霍揆彰以十八師為前鋒向富池口增援，十八師師長李芳郴行動遲緩，導致第四軍孤軍奮戰，富池口失守，蔣介石憤怒之餘下令將李芳郴逮捕法辦。
富池口失守導致田家鎮處境更加艱難，日軍在富池口架上重炮，會同海軍炮火猛轟田家鎮核心陣地，田家鎮制高點松山最終失守，核心陣地工事全部被毀，重炮悉數被毀，各重要據點悉數被摧毀，日軍向田家鎮鎮內發起進攻，儘管第二軍將士依舊奮戰，李延年親率衛隊反擊，但日軍依舊衝進鎮內，到新年過後，蔣介石終於確認田家鎮守不住了，下令放棄田家鎮。
田家鎮要塞激戰之時，經過休整補充的河南日軍再度展開攻擊，日軍察知信陽的第五集團軍駐守，便掉頭南下攻擊商城，此刻商城只有一零二軍孤軍駐守，面對來勢兇猛的日軍，孫震沒有固守商城，而是南撤到沙窩、馬鞍山一線堅守待援。
日華北第一軍和第二軍在河南正面亦展開攻擊，在這個關鍵時刻，蔣鼎文下令第五集團軍經羅山、潢川向攻擊商城的日軍側翼發起反擊。
這個命令讓中國第一個機械化集團軍進入大別山的崇山峻岭中，而不是在平原向南下的日軍反擊。
大別山崎嶇的道路讓第五集團軍上下叫苦不迭，日軍抓住中國軍隊的錯誤，放棄羅山誘敵深入，在潢川以西的盤龍谷設伏，經過兩天激戰，第五集團軍主力突出包圍，但集團軍主要打擊拳頭兩百多輛坦克大部被毀，剩下的幾十輛逃出，二百師師長邱清泉重傷。
第五集團軍被擊潰導致整個五戰區的機動部隊悉數被毀，蔣介石勃然大怒，撤銷蔣鼎文的五戰區司令，命令李宗仁接替蔣鼎文，兼任第五戰區司令，統一指揮一五戰區部隊。
這道命令很及時，實際上日軍的攻擊橫跨一五戰區，整個長江北岸已經是一個統一戰場，迫切需要統一指揮。
李宗仁接手五戰區時，整個五戰區部隊均被日軍死死纏住，一零二軍在沙窩苦戰，形勢最為緊迫，思慮再三，李宗仁決定以攻為守，調集衛立煌十四集團軍反攻鄭州。衛立煌的反攻將沿平漢路南下的日軍吸引回鄭州，使許昌轉危為安。
許昌危急解除，但信陽危急又現。第五集團軍慘敗後，日軍中島康健第五師團乘勝追擊，徐庭瑤站不住腳，放棄羅山向信陽撤退，中島康健繼續追擊，在羅山以西擊潰第五集團軍後衛，這下造成第五集團軍全軍恐慌，各部自行其事，徐庭瑤逃到信陽時，悲哀的發現手邊只剩下集團軍直屬旅，其他部隊已經完全失去聯繫。
徐庭瑤無奈之際直接向蔣介石求援，蔣介石聞報驚怒交織，大為痛恨，蔣鼎文此舉不但葬送了整個武漢保衛戰，也葬送了第五集團軍這支精銳部隊。可此時蔣介石手中再無機動兵力增援，只得命令徐庭瑤堅守。
沖向信陽的日軍士氣高漲，擊潰中國精銳的勝利讓他們趕到勝利指日可待，而此後中國軍隊阻擊無力，讓中島康健敏銳感到中國軍隊陷入混亂，他將指揮的兩個師團排開，分成兩路大膽穿插，只求拿下信陽。
中島康健急於拿下信陽，讓拖在後面的第五集團軍部隊大部分得以逃出日軍包圍圈，但也讓中國軍隊無法迅速增援信陽，信陽保衛戰幾乎沒開始就結束了。
中島康健以迅雷不及掩耳之勢奪取信陽，讓北平的西尾壽造和南京的多田駿喜出望外，隨即從商城前線抽調一個師團迅速西進支援中島康健。然後命令中島康健南下攻擊武勝關，而武勝關只有第五集團軍的一個殘缺不全的134旅。