八月三十日，日军第六师团牛岛满少将指挥的以步兵第三十六旅团为基干的牛岛支队，今村胜次少将指挥的以步兵第十一旅团为基干的今村支队，在二十余门火炮和八架飞机的助战下，分别沿着黄广公路及其以南地区向西对广济发起夹击，而第六师团其余部队则绕至广济北面实施围攻。广济全线危急。焦灼万分的李品仙再次给蒋介石发去电报，表示部队伤亡惨重，仗已无法再打下去。
九月六日，日军第六师团突破田家寨、笔架山阵地。经白崇禧批准，李品仙部于二十二时弃守广济。日军第六师团经过八天的苦战占领了广济，但部队伤亡严重，无力继续进攻，只好就地构筑工事等待补充。黄梅、广济地区，是中国军队保卫武汉的第一线重要阵地，为此中国方面先后调集了川、鲁、桂三省的五个军拼死防守，结果还是以广济失守告终。而这一结果，致使沿长江西进武汉的最后屏障田家镇要塞被暴露在日军的攻击下。
纵观广济作战，中国军队不可谓不舍命，战斗意志不可谓不坚定，重要问题依旧出在作战指导思想。尽管一再说要灵活机动地组织防御，避免固定阵地的死守，但打起仗来仍是只会打以守阵地为主的防御战，把主力固定在阵地上与敌人拼火力耗实力；同时，分属于不同派系的各路军队，极其缺乏协同配合的意识，常常是彼此近在咫尺却照旧各打各的。为此，白崇禧专门就广济作战致电蒋介石，认为中国军队若不改变这种战法和现状，抗战的未来堪忧。
就在日军第六师团于长江北岸向西攻击时，在长江南岸，日军攻占瑞昌后，自八月二十七日始，波田支队和第九师团分别沿着长江以及瑞昌至阳新的公路向西进攻。首先接敌的是川军王陵基的第三十集团军。第三十集团军连失鲤鱼山、新塘铺等要地，九江至南昌间的南浔路正面防御出现危机。薛岳命令俞济时的第七十四军、黄维的第十八军以及关麟征的第五十二军实施反击，初步遏制住了日军第九师团的进攻势头。
九月七日，冈村宁次命令第九师团和波田支队攻取马头镇和富池口要塞，以支援长江北岸的第六师团作战。中国守军汤恩伯的第三十一集团军在瑞昌至马头、瑞昌至武宁、瑞昌至阳新三条公路上与日军展开了激烈的争夺战。战至十二日，双方都付出重大伤亡，但中国守军依旧扼守着一线阵地。日军集中兵力在海军陆战队的配合下再次发动猛攻，十四日，波田支队主力突破中国守军防线抵达马鞍山附近，其第二联队第二大队与中国守军激战八昼夜，最终日军投放毒气弹后占领马头镇。
接着，波田支队和第九师团继续推进，近逼富池口要塞。 富池口，继马当要塞之后长江南岸的第二个要塞。要塞的东、南、西三面都有环形山地层层屏障，北面是水流湍急的长江，江面狭窄弯曲。与富池口要塞相对，在长江北岸，便是军事重地田家镇。从地形上看，要固守富池口，必须坚守三面的山地，只要山地阵地不丢，要塞便能稳如磐石。
当日军攻击到富池口时，防御要塞的中国守军不可谓不充实：从前线退下来的张轸的第十三军、张刚的第九十八军、王仲廉的第八十五军；关麟征的第五十二军、李仙洲的第九十二军以及要塞守备军霍揆彰的第五十四军。多达六个军的中国守军由第三十一集团军总司令汤恩伯统一指挥，面对的是日军的一个师团加一个旅团。
利用优势兵力和有利地形，中国守军与日军血战多日。特别是在瑞昌以西的仙女池附近，日军第九师团遭到中国守军的顽强抗击，攻势受制。但沿江西进的波田支队在海军舰炮的配合下，对富池口中国守军核心阵地发动了一次又一次攻击。核心阵地守军是第五十四军第十八师。最后时刻，当日军从陆上和江上发射毒气弹后，第十八师师长李芳郴向兵团总司令张发奎请求撤退，但遭到严词拒绝。张发奎严令李师长再守三天，并告诉他第二兵团司令部就设在大冶县城西南面的山上，已沿着公路派出了督战队，无论是谁擅自撤退，就地枪毙。
第十八师苦守三日，除富池口东南山头阵地依旧在手外，其他方向高地的数层防御阵地均被日军突破，整个要塞都已暴露在日军的火力下。李师长再次请示兵团，言如无增援必须撤退，可张发奎的命令是：第十八师还要再守三天。二十三日夜，身为师长的李芳郴“坐一小划子渡网湖，向阳新城方向逃走。师长逃遁，兵无主将，顿形慌乱”。当晚，第十八师残剩官兵破坏了要塞的主要设施后，拆除了网湖通向长江的浮桥，撤离要塞。
二十四日凌晨，富池口落入日军之手。富池口要塞的陷落，令与之相对的江北军事要地田家镇顿陷危机。沿长江北岸进攻的日军第六师团，在广济作战后原地休整七天，补充了三千二百新兵，并得第三师团一部的加强以及海军第十一战队的配合，当长江南岸的波田支队和第九师团逼近富池口时，九月十五日，第六师团部队开始向田家镇方向攻击前进。
田家镇背靠丘陵，面向大江，地势险要，是长江要塞中最坚固、最大的军事堡垒，扼守着西去武汉的长江水路。八月六日，蒋介石亲自打电报给要塞指挥官李延年，要求守军要与田家镇共存亡。中国方面在田家镇要塞附近布防了大量守军：在田家镇南、东、西三面共有萧之楚的第二十六军、何知重的第八十六军、李延年的第二军以及郑作民的第九师和张珙的第六师等部队。直接防御田家镇核心阵地的，是施中诚的第五十七师、原要塞守备部队杨宗鼎的第一七一旅以及炮兵十六团。第二军军长李延年为要塞总指挥。
在九月十五日，日军数十架战机、二十余艘战舰向田家镇要塞猛烈轰炸和轰击，日军海军陆战队一部企图在潘家湾、中庙、玻璃庵一带登陆，被中国守军击退。日军第六师团攻击田家镇的地面部队，主要是重新编组的以步兵第十三联队、独立山炮第二联队主力、辎重兵第六联队第二中队等部队为基干的今村支队。十五日晨，今村支队在海军的配合下攻占中国守军第九师的铁石墩警戒阵地。
但之后遭到的抵抗之烈出乎预料，在中国守军第二十六军、第八十六军和第二军的联合阻击下，今村支队的攻击没有丝毫进展。第二天，日军海军陆战队在飞机和舰炮的支援下，再次试图在潘家湾、玻璃庵登陆，被施中诚的第五十七师击退。下午，李延年决定缩小正面：第五十七师的主阵地改为前进阵地，主力移至周家、苍谷垴、乌龟山、沙子垴、老鹳窠一线开设主阵地；要塞核心守备部队和炮兵十六团归第五十七师师长施中诚指挥，独立炮兵六营协同第九师和第五十七师作战。
第五十七师按照李延年的命令，把防守田家镇东南方向的一个团调回来做预备队，只留下少量部队牵制日军。十七日凌晨二时，日军海军陆战队在舰炮的支援下再次登陆，中国少量留守部队与日军展开拉锯战，付出伤亡百余人的代价。突围之前，官兵们掘开了广济以东的长江江堤，长江水灌入武山湖和黄泥湖，日军海军陆战队被洪水围困，行动受阻。
十七日，天降大雨。天上日军战机受到影响无法起飞，地上洪水一片致使日军炮兵无法移动，今村支队在中国守军的顽强阻击面前陷入粮弹两缺的境地，但仍强行发动攻势。拂晓，中国守军第九师正面阵地被突破，守军退守骆驼山一线阵地。十八日晨，今村支队继续进攻，骆驼山阵地又被突破，中国守军第九师再退香山、竹影山和潘家山一线。下午，日军攻击香山，中国守军一个连全部阵亡，阵地陷落。此时，为了指挥作战便利，田家镇要塞北岸所有中国守军被划归第五战区，由战区副司令长官李品仙负责指挥。