自日军第106师团迂回德安以来，我守军伤亡甚重，至4日势将不支，薛岳乃由火炎山方面调第142师、德安方面调第51师、隘口方面调第66军向万家岭一带作战。
6日，薛岳认为歼灭当面日军的时机已经成熟，因此在13时决心围歼突入万家岭之敌。
其部署为令吴奇伟指挥第66军、第4军、第74军向石堡山、万家岭、箭炉苏、长岭、雷鸣鼓刘一带之敌包围攻击。
以李汉魂率所部固守现阵地，拒止敌人，并以7日14时起向敌佯攻，相机向左侧背转移攻势。
令第18军副军长陈沛指挥第60师、预备第6师及第142师的第725团竭力迟滞永武路之敌，掩护左侧背，炮兵1营又1连在棋田以北地区占领阵地，以主要火力压制敌炮兵，以一部协同友军向万家岭、田步苏攻击。
攻击开始时间及详细部署由吴奇伟规定。
吴奇伟于6日15时下达命令，主要内容为：
（1）各军展开于金娥殿、公母岭、小金山、张古山之线，于明日12时前完成作战准备，16时开始总攻。
（2）第66军应置重点于右翼，向石堡山攻击，奏效后向左旋回，以哔叽街（日军称为白槎街）、箭炉苏、大金山为到达线，与第4军及第74军协力将万家岭、田步苏之敌包围歼灭。
（3）第4军应派兵一部向石头岭一带游击，并掩护第66军之右侧，军主力应确保现阵地。
（4）第74军向西北攻击，左与第139师第715团联系，防敌向南突进。
吴奇伟部署的态势是：第66军从北，第74军从南，第90师从东，第91师从西，四面八方围攻万家岭地区的日军。
7日凌晨1时30分，日军山地部队又向第58师万营占领的碉堡山攻击，张团黄营支援参战，阵地不变。
同时，日军池田联队以300人向杨家坂、大金山韦团阵地攻击，被击退。
至当日早晨6时，我参战各部队已形成对第106师团的围攻态势。
大小金山、万家岭、扁担山方面：上午10时，第4军第90师和第102师之许团奉命以主力确保现阵地，并向西佯攻，钳制当面的日军青木部队。
张古山、长岭方面：第74军第51师第153旅为攻击部队，第151旅（缺第302团）为预备队，于傍晚6时准备，7时出击。
以主力向长岭、张古山的日军阵地攻击，以一部绕出了张古山侧背。
经第153旅的几度猛攻，收复长岭北部阵地与张古山阵地。
随后，日军又向张古山反攻，战斗至烈。第305团营长王干之阵亡，连长以下伤亡亦重，但守住了张古山阵地。
8日，日军步兵第147联队主力约1000余人在飞机的协同下两次反攻，第305团官兵大部殉国，残余人员不得已撤出阵地。
在石堡山方面：第66军第159师第952团和第949团之一部，协力占领老虎尖全部阵地。
严重欠员的步兵第113联队已无力反击，将其第2大队残部退向了雷呜鼓刘村。
这样，日军第106师团的北面防线被撕开了一道大口子。
这时，日军的指挥中心、后勤基地和野战医院所在地雷鸣鼓刘村完全暴露在第66军面前。
第106师团的步兵部队又大都在东南山地被国军缠住。如果第66军这时直接攻击雷呜鼓刘村，突破日军薄弱的防御线，那么，师团的全军覆灭几乎只是时间问题。
而第66军却没有攻击雷呜鼓刘村，而是向右转向攻击箭炉苏、大金山。另外，第142师（欠1个团）于11时从城门山出击，攻占了桶汉傅部分阵地。
自此第106师团完全被包围。计划中的德安迂回战，已告落空。
这时第106师团面临的问题，必须迅速转向巩固而持久的态势。
因此，第106师团德安迂回部队立即就地转入防御。
以师团司令部以及直属队所在的雷鸣鼓刘村为中心，以步兵第113联队面向北方坚守石堡山、石马坑刘附近阵地。
步兵第145联队面向东方坚守大、金山附近阵地。
步兵123联队面向东南方坚守万家岭、箭炉苏、田步苏附近阵地。
步兵第147联队面向南方坚守张古山、长岭、哔叽街附近阵地。
是日，配属给第106师团的樱井参谋，把第106师团的苦境向第11军的作战课长宫崎周一大佐发了如下电报：
师团正面之敌，每到夜里仍然从各方面进行数次袭击，有逐步将师团包围之势，虽要求急攻，但因地形错综复杂，部队行动易出错误，进展不能如意。若拖延时日又恐师团态势不妙。谨此请求给师团以战斗指导。
9日，国军将日军第106师团分割包围在两处：其一为第106师团主力盘踞的南田铺和雷鸣鼓刘村之间的山沟。
这一处日军以步兵第113联队（3个步兵大队）据守的石堡山阵地为核心阵地，面积只有3至4平方里。
其二为青木部队（5个步兵大队）盘踞的万家岭、大小金山、扁担山、田步苏、箭炉苏附近。
山地部队（3个步兵大队）盘踞的张古山、长岭、哔叽街附近。
东面战场上，是日凌晨1时，第90师守备狮子崖之田团张、刘两营及韦团之柯营向固守大金山西北高地的日军攻击，得手后向箭炉苏之日军攻击。
上午9时，日军飞机一面轰炸中国军队阵地，一面补充粮弹。
即时，第90师挑选奋勇队200人，以田团之两营、韦团之一营，随奋勇队由大金山向箭炉苏东端高地之日军池田联队攻击。
以吴团之杨营、张团之黄营、田团之李营向扁担山一带之日军木岛联队攻击。
其余守备部队，努力钳制当面之敌，协同友军于下午7时开始总攻击。
攻击开始后不久，第4军主力收复了大金山西南高地和箭炉苏以东高地，另一部则攻击了雷鸣鼓刘，使“师团司令部再次陷入危机中，非战斗人员也全部进行了战斗配置”。
在极大的恐慌中，松浦中将命青木旅团放弃一部分现阵地，抽出以两个步兵大队为基干的兵力，向北方攻击前进，火速转向师团司令部附近。
战斗中，第4军的前卫突击队曾突至第106师团司令部附近不过百米，因天色太黑，加之自身也伤亡重大，未能及时发觉松浦中将。
据战役结束后于9日晚在松树熊附近被俘的日兵中山供认：
“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，师团长手中也持枪了。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。
北面阵地上，第66军第159师第952团范营于午后1时，越松树熊村西侧高地，第950团亦同时进至杨家坂以南地区，彼此取得联系后，从东南两方面并进，协力夹攻。傍晚6时攻占聂村北端高地。
在南面战场上，第74军第58师选突击队200员，担任箭炉苏方面之突击。
第51师挑选突击队400员，担任张古山方面的突击。
清晨6时，第58师突击队开始攻击，经6个小时的战斗，占领箭炉苏。
清晨8时，第58师突击队开始攻击，经4个小时的战斗，占领张古山。
下午1时，两突击队合力攻击哔叽街。日军步兵第147联队凭此街东南小庙附近强固工事负隅顽抗，攻击没有进展。
青木诚一少将接到师团司令部的命令后，令步兵第123联队联队长木岛袈裟吉大佐指挥盘踞在万家岭、田步苏一线的木岛联队主力（欠2、3大队）和町田大队（以后称为木岛部队），立即放弃现阵地向北攻击前进，转向师团司令部附近。
该联队接到命令后，立即攻击前进，击退了第66军的阻击部队后，向雷鸣鼓刘转移，第66军趁势收复了万家岭、田步苏。
10日凌晨，木岛部队从石堡山附近退到雷鸣鼓刘，极大地加强了这里的战斗力量。中国军队从此失去了攻击雷鸣鼓刘村的大好战机。
天明以后，日军木岛部队在航空兵直接支援下，从雷鸣鼓刘向北发起反击，妄图收复失去的石堡山阵地，激战至暮，无进展。
11日，青木部队主力也转移到雷鸣鼓刘。这样，日军第106师团仍被分割成相距较远的2个部分。
师团主力（包括青木部队）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；步兵第147联队退守哔叽街、张古山、长岭一带。
青木部队主力转移途中，中国军队第102师官兵看到“其残部约2000余人向西溃退”。这时清理战场，发现青木部队原阵地上“焚尸遗弃阵地者约二百”。
另外，第102师俘虏日军数人，“夺获步枪30余支，轻重机枪各数挺，马30余匹”。
12日，伤亡也很重大的66军和74军向日军残部攻击数次，由于日军依仗空投粮食弹药，并缩小了防御正面，因此火力并未有太多减弱，这一最后的攻击未能奏效。
此时，东进增援的日军第102旅团则集中全力向守军阻隔阵地进攻。
薛岳遂变更部署，令第4军退守永丰桥、狮子岩之线，第66军退守乌龟山，柘林之线，第19师的第51旅占领水南岸的沙田港、荡家铺之线。
第74军、第187师（欠1个旅）、第415旅、新编第13师、第60师、预备第6师、第142师仍固守狮子岩、城门山、猪头山、河浒之线，并继续向被围日军实施重点进攻。
这样，第106师团虽还在包围圈中，但我军只能以小部队骚扰，日军也无力反击。
第106师团士兵主要来自日本南九州地区，这里民风历来好勇尚武。
当其被中国军队包围在万家岭地区时，南九州人刚毅、凶悍、争强好斗的性格立刻被激发出来，求生欲望使他们作困兽之斗，表现出了很强的内聚力和奋勇精神。
而且第106师团官兵经过彭泽、九江以及南浔路等战役的磨练，已有了战场经验，其战斗素质有所提高。
这样，虽然中国军队包围攻击第106师团“德安迂回部队”达两周之久，但却在其拼死奋战下没能歼灭，最后被迫于10月13日撤围。
应该说，第106师团战斗意志是极高的，其被优势的中国军队重重包围达两周居然能坚持下来，能够做到这一点是极不容易的。
这时，由于后方联络线被新四军切断，日军第106师团处境已十分困难，弹药、粮食和药品均极端缺乏，只能从地上捡拾任何可以食用的东西，放在钢盔中用木棍捣啐后充饥。
受困于万家岭地区的第106师团完全依靠空投补给。日军菅原飞行团和海军航空部队配合自10月11日至10月14日出动了全部力量，昼夜不停地向万家岭地区空投补给，共计出动了约达930架次，空投补给物资达65吨370公斤（其中粮食55吨）。
对此大感惊讶的中国官兵后来回忆日军甚至还空降了补充人员。但由于双方阵地犬牙交错，物资常常落在两军阵地之间。
于是双方又展开了争夺物资的战斗，日军因此战死者不在少数。大部分的日军的军服此时都破烂不堪，不得不从中国兵尸体上扒衣服穿。
日本官兵中，大部分都同时受着创伤、痢疾和营养失调三种苦难，许多士兵都由于伤病恶化而死去，也有些士兵走着走着就突然倒地没有了气息。
精神病患者和自杀者也不断出现。在埋葬死者时，由于士兵们的体力严重衰弱，挖出的坑很浅，以至于有些尸体的头胸部在土里，而腐烂的脚却露了出来。
同时，由于战场上枪炮弹横飞，日军来不及修建厕所，加上大部分官兵都患上了痢疾，就随地大小便。
这样，尸臭、粪臭交织在一起形成的恶臭，不仅地上的人能闻到，甚至飞来空投物质的日机飞行员在空中都闻到了这种异臭。
这种状况与日后在瓜达卡纳尔岛、新几内亚、因帕尔等南方战场上日军的惨状记录相类似。
1938年秋天第106师团出现的惨状，是日本陆军的深刻教训，于是在战史中被抹杀，日军一直掩盖着这一真相。
此战中幸存下来的日军辎重兵第106联队士兵那须良辅在战后仍然心有余悸地回忆道：
“战友们大部都受伤，也有些因为饥饿和疲惫而倒下来。死在水沟的战友们，他们的脸色都变成茶色而浮肿，白花花的蛆虫从他们的鼻孔和嘴巴掉下来。一连几天都没吃东西，只能从漂浮着同伴尸体的水沟里舀脏水喝，活着的人也都快变成了鬼。我也觉得我的死期到了。对着十月的月亮，我放声大哭。”
10月13日以后，日军增援的第17师团之步兵团已到达武开路，与第102旅团会合，并肩向第18军副军长陈沛指挥的第60师、预备第6师等阻击部队阵地猛攻。
为阻止其东进，守军又增调第142师、第91师及第187师投入战斗，进行反复、激烈的争夺。
薛岳因进攻已无进展，而阻击部队及进攻部队的伤亡均极惨重，且第66军及第4军已转移至新的阵地，遂下令撤出战斗，全军退守永丰桥、郭背山、柘林一线。
我军对第106师团的围攻作战到此结束。虽然我军已经撤走，但日军第106师团仍在原地不敢轻举妄动，到10月17日才与铃木支队在张古山附近会合。