至少在九江失守后，中国最高统帅部意识到，如果日军执意进攻武汉，固守是极其困难的，以至最终难以守住。保卫武汉，“须守备其外围要域；若外围要地尽失，则武汉即失去屏障，其本身无险可守”。然而，至少在九江以东，长江沿岸“要域”已落入日军之手。
由此，国民政府军事委员会关于武汉会战的总体战略构想是：坚持持久战和消耗战，利用武汉周边的湖沼地带尽力实施防御作战，固守的时间越长越好。 国民政府军事委员会对于武汉会战兵力使用的整体把握是：“武汉会战之兵力消耗，以百分之六十为标准，其余百分之四十备作第四期作战之基础。预料其在攻略武汉后，敌当作较长时间之考虑，我可得恢复实力之机会。”
六月七日，国民政府军事委员会拟订了《保卫武汉作战计划》。其方针是：“以聚歼敌军于武汉附近之目的，应努力保持现在态势，消耗敌军兵力，最后须确保大别山、黄麻间主阵地，及德安、箬溪、辛潭铺、通山、汀泗桥各要地，先摧破敌包围之企图，尔后以集结之有力部队由南北两方沿江夹击突进之敌。”
至一九三八年八月中旬，日军已完成制订作战计划、扩大集结地域、修建前进机场、轰炸中国战略要地等攻取武汉的一切军事准备。日军第二军的第十、第十三师团集结于安徽庐州（今合肥）地区；第十一军的四个师团和一个旅团集结于江西九江地区，其中第六师团在黄梅附近、第一o六师团在九江以南、波田支队在九江以西、第一o一师团在九江东南、第九师团先头部队连同冈村宁次的第十一军指挥部进至九江。而海军航空兵也已进驻安庆和九江机场；海军舰只在长江中下游集结完毕；空军的三个飞行团分别抵达了庐州、安庆和南京等机场。
一九三八年八月二十二日，日军大本营下达“大陆命第一八八号”、“大海令第一三五号”和“大陆指第二五o号”，命令华中派遣军对中国武汉发动全面进攻。当日傍晚五时，日军华中派遣军司令部下达了作战命令。日军将兵分四路同时向西，以便对武汉形成围攻之势。其中间的两路将沿着长江南北两岸齐头并进：第六师团在北岸，目标是广济、田家镇要塞方向；波田支队和第九师团在南岸，目标是富池口要塞方向。同时，在长江以北的大别山方向，第十、第十三、第十六师团向西突击，目标是占领河南信阳，然后沿平汉铁路南下，从北面包抄武汉；而在长江以南的赣北方向，第一o一、一o六等师团向西南突击，突破德安等地，从南面沿着粤汉铁路北上包围武汉。
就长江水道上的要塞而言，田家镇要塞是护卫武汉的最后屏障，而广济城南倚长江、北屏大别山，乃田家镇要塞的正面屏障。 八月二十三日，接到第十一军攻占广济的命令后，师团长稻叶四郎认为，第六师团的补给如果设定在安庆、潜山、太湖、宿松这条陆路上，不但运输线太长，易受到中国军队截断，且派出大批部队保卫补给线又会影响作战。于是决定利用鄱阳湖水路从长江上的小池口进行补给，并因此放弃了潜山和太湖，将主力向南移至宿松、黄梅地区。
日军的这一移动，引起了白崇禧的注意。中国军队迅速收复潜山和太湖后，白崇禧决定趁第六师团立足未稳，在这个方向对日军发起攻势。 广济方向的中国守军是第五战区李品仙的第四兵团。 二十八日，李品仙各部按照作战部署发动了进攻。猝不及防的日军第六师团顿时陷入被动，前沿阵地不断失守，中国军队步步紧逼，最后日军被迫放弃宿松，向黄梅撤退。
二十九日，中国军队继续进攻，第六师团主力在黄梅地区拼死防守。三十日，日军两个装甲车中队的增援部队抵达。于是，第六师团第三十六旅团在黄广公路（黄梅至广济）北侧、第十一旅团在公路南侧，并行向广济实施进攻。同时，日军出动了大批战机，对中国军队和广济县城实施狂轰滥炸。黄梅至广济直线距离不过三十公里，中国军队第六十八军和第八十四军与日军在这片狭窄的地域里展开了残酷的阵地争夺战。
第六十八军原是山东部队，在日军施放毒气弹后，第六十八军官兵仍然坚守阵地，前沿一个营四百多名官兵全部战死。第八十四军是广西部队，由原驻南宁、横县、贵县等地的独立团编成 。由于是桂军，白崇禧格外要求第八十四军必须努力作战，在初战中给广西人争面子。 桂军以作战凶狠闻名，第八十四军果然打得顽强。
第一八九师在防御大洋庙山口阵地时，日军的飞机实施了密集轰炸，前沿阵地和战壕几乎被夷为平地。但第一八九师官兵依旧利用有利地形，充分发挥迫击炮和机枪的作用，将大量日军射杀于阵地前沿的开阔地上。日军攻击受挫，便向大洋庙山口阵地侧翼的一个小高地迂回，企图对中国守军阵地构成火力威胁，于是与拼死阻击的中国守军发生了残酷的拉锯战。 第一八八师师长刘任指挥作战经验不足但战斗热情很高，他命令两个团同时向日军发动攻击。由于协同联络不佳，加上当面敌情不明，两个团遭遇日军密集火力的严重压制，尽管投入了预备队使两个团解困，但成片的中国官兵已遗尸于日军架设的铁丝网下。
在区寿年的第一七六师前来接防后，第一八八师成为预备队，但在第一七六师出现危机时，第一八八师副师长刘建常亲自率部前去解救，结果解救部队又陷入阻击日军的重围。第八十四军的两个师都打得很苦，官兵们虽然作战意志顽强，但部队的损失实在是太大了，以至于第一八八师被迫撤退时，竟然一下子撤到了军部的后面。军长覃连芳怒不可遏，将第一八九师擅离阵地的一一o六团团长黄伯铭就地枪毙，并把指挥作战不力的第一八八师师长刘任交给了第五战区军法处置。
在日军持续的凶猛进攻下，中国守军逐步退至二线阵地。 尽管日军第六师团付出很大代价，但仍在强行推进。中国守军退守二线阵地后，李品仙命令第四兵团所属部队轮番对日军的正面和侧面进行反击。九月三日，第一六二师进占杨树岭、破山口后向英山嘴进攻，第一六一师则向大河铺出击，第四十八军配属的第一四九师向渡河桥推进，第一七四师准备进攻黄梅。日军第六师团以一部掩护黄梅附近的后勤补给线，主力沿着黄广公路不顾一切地向前猛攻。日军继续向卓木尖推进。
奉命增援的中国军队第三十一军、第二十六军全部抵达战场后，李品仙立即命令这两支桂军部队向日军的侧背实施夹击。第三十一军一部五日凌晨向生金寨附近的日军发起攻击，两个小时后攻占了几个高地，双方的伤亡都很大。天亮后日军发动反击，中国官兵被迫撤回原阵地。第二十六军以第四十四师固守原阵地，以第三十二师配属一个山炮排和一个战车连，于五日凌晨攻击凤凰山的日军侧背，当晚突破日军阵地，占领了狮子山和凤凰山。但是天亮后，在日军战机和炮火的猛烈轰炸和轰击下，凤凰山阵地也被日军夺回。