在掩护主力跳出日军包围圈的作战中，莫树杰的第八十四军打得很惨。第十一集团军总司令黄琪翔是粤军出身，但其集团军基本部队第八十四军却是李宗仁训练出来的桂军。 五月一日，日军第三十九师团和第六师团池田支队从中路发起进攻时，第八十四军首当其冲。 日军连续轰击了近两个小时，以为中国守军已伤亡殆尽，但步兵冲上来后，却遭到中国守军的顽强抵抗。攻击受挫后，日军用炮火一遍又一遍地轰击第八十四军的阵地，几乎把阵地上的土翻耕了一遍，可桂军官兵誓死不退。第八十四军一直坚持到五月四日，才接到撤退到二线阵地的命令。
这一撤，部队就出现了混乱。由于第八十四军撤离的是日军正面攻击线上的要点，因此该军一撤退，日军就直接向二线阵地冲击而来，并派出一路骑兵包抄第一八九师的后路。师长凌压西担心自己的部队陷入包围，随即放弃二线阵地再次撤退。由此，第八十四军的作战意志全面崩溃。第一七四、第一七三师紧跟着第一八九师后撤，一撤就撤到了枣阳附近，依旧挡不住日军的攻击，又撤往邓县，这里已是第五战区司令长官部的门口了。可是，第八十四军仍没有停下来，官兵几乎是不顾一切地在后撤。在中国军队的溃散中，日军占领了樊城。
日军发动攻势一周后，无论是日军迅是中国军队，都认为剧烈的作战到此为止了。日军分三路急进，中国军队稍一抵抗便开始撤退，日军终究兵力有限，松散的包围圈到处都是缝隙，日军进攻得有多快，中国军队撤退得就有多快，众多兵力几乎瞬间就能从日军的眼皮底下跑光。因此，日军第十一军认为，其第一阶段作战成果不大。
由此看来，战前李宗仁违反蒋介石积极出击的指令，制订了看似消极的“不得已时撤退”的方案，不是没有道理的。---或许李宗仁要采取的是薛岳战长沙的战术，即先把日军进攻之路让出来任其长驱直入，主力部队则撤到进攻日军的两翼侧后，待扑空的日军准备原路返回时相机实施夹击或反击。问题是：这次日军是否会原路返回？
位于老河口的第五战区司令长官部已经撤到了鄂西北的郧县，但李宗仁本人仍留在老河口。五月十日，李宗仁接到蒋介石发来的电报，说日军正在企图原路返回，第五战区应全力以赴猛烈反击，不但要围歼日军，还要穷追不舍，不能再像长沙会战时一样对回返的日军没有奋力追击以致难取战果。蒋介石的判断没有错误，日军确实在南撤。只是，日军南撤的目的并不是返回出发地，而是南下集结准备执行第二阶段的作战，即攻取宜昌。包括蒋介石在内，中国方面没人预料到日军是这样一个攻击计划。
中国第五战区各部队展开了猛烈反攻。中国军队的反击速度，竟也出乎了日军的意料。根据李宗仁的部署，孙连仲的第二集团军、汤恩伯的第三十一集团军以及李仙洲的第九十二军由北向南；刘和鼎的第三十九军和周垒的第七十五军由西向东；王缵绪的第二十九集团军和张自忠的第三十三集团军由南向北；同时，在战场的外围，郭忏的第九十四军在京山和应城方向攻击日军的后方补给线，游击第七军和鄂东游击队袭击了平汉线上的重要据点。---中国军队的反击目标明确：把日军第三师团主力压缩在枣阳以西约三十公里处的双沟地区，予以歼灭。
在中国军队合围圈的北部，从十二日开始，孙连仲部和汤恩伯部逼近日军第三师团和第四十师团的石本支队后，立即发起攻击，两个集团军同时将当面日军分割成两半，使日军陷入他们没有料到的苦战中。由于携带的粮弹不多，获悉后方补给线被切断时，第三师团和石本支队感到了危机。十五日中午，在坦克部队的掩护下，日军第三师团从中国军队的围攻中冲了出来，于十六日集结于枣阳。
此时，在咫尺之遥的战场南部，张自忠部正孤军面对日军第十三师团和第三十九师团。五月七日，判断日军将要返回出发地后，第五战区司令长官部命令张自忠部出击枣阳截击日军。其实，张自忠已从日军俘虏口中得知，日军并不是要返回出发地，而是准备集结进攻宜昌。他立即把情报上报给重庆，但没有得到任何答复。
张自忠不敢也不愿指责重庆统帅部。他知道，如果他的部队迎着优势之敌而上，必定凶多吉少，但他所能做的只能是率领他的部队与日军决一死战。他让副总司令冯治安负责襄河西岸防守，自己则渡河到东岸战场自督战。临行前，预感九死一生的张自忠给冯治安留下一封遗书。
张自忠出击了。张自忠渡河后，与黄维纲的第三十八师取得了联系。五月九日，他亲自指挥三十八师，以伤亡五百多人的代价，突袭了日军辎重部队的指挥所，大量歼敌，缴获甚丰。十二日，张自忠接到李宗仁的电报，命令他迅速率部截击襄河东岸向南运动的日军。
在后续部队尚未跟进的情况下，为抓住稍纵即逝的战机，截击日军的先头部队，张自忠亲率第七十四师的三个团向方家集、南瓜店一带推进。此时在襄河东岸的中国军队，只剩下张自忠的部队了。攻占方家集后，张自忠清点了一下兵力，第七十四师二千人左右，骑兵第九师五百多人，再加上总部手枪营，总兵力不超过三千人。后方补给线已断绝。