日军见正面无法攻下石牌，便命伴健雄师团和澄田师团一部迂回到石牌侧后方进攻。埋伏在山沟和岩洞里的胡琏师主力突然从四面八方一拥而上，将日军团团围住。机枪、步枪、手榴弹和迫击炮响成一片，喊杀声响彻云霄，日军一千多人被堵在石谷中，进退两难，最终全军覆没。胡琏师乘机组织反击，用刺刀和手榴弹与日军肉搏。在日军休息补充时，胡琏师派出小分队袭击骚扰，不让日军喘息。战士们迂回到日军后方，展开伏击、侧击和偷袭，组织特等射手专打日军指挥官和机枪手。石牌要塞守住了。
在中国江防军与日军激战时，中国空军和美国第十四航空队出动飞机，攻击日军阵地和日军的后方交通线。
5月29日，夏楚中军先头部队抵达淮子坪，王耀武军主力在石门集结完毕；第二十七师也到达榔树店东南地区；王敬久集团军接到陈诚的命令，全部从渔洋关和天柱山侧击日军，第一一八师以迅雷不及掩耳之势首先攻克渔洋关，带动了攻势转移，原定从渔洋关和五峰间北进的夏楚中军，转向渔洋关东北前进。