十一日拂晓时分，日军第十三、第三、第三十九师团分三路围攻宜昌城。日军猛烈炮击中国守军的阵地，然后步兵开始冲锋，双方陷入激战。上午十时左右，日军突破中国守军五十二团城郊的正面阵地，直扑宜昌机场，防守城区与防守城郊的中国守军被分割成两段。镇镜山上的第十八师指挥部与守城的部队失去了联系。日军以三个主力师团夺取宜昌，深入到中国军队控制地区的腹地。
但是，日军的既定策略是消耗中国军队的有生力量而不再占领地盘。因此，攻占宜昌的当日，第十一军司令部就下达了从宜昌撤退的命令。日军的战果统计是：中国军队“交战兵力约为三十五万人，遗弃尸体为六万三千一百二十七具，被俘为四千七百九十七人”；日军的损失是“战死一千四百零三人（内将校一百零六名），负伤四千六百三十九人（内将校二百零三人）”。
十七日，根据日军第十一军的命令，三个师团撤出宜昌，开始向汉水东岸撤退。中国军队尾随而至：十六日，第五战区左兵团的第二、第三十一集团军进抵荆门和当阳以北地区；右兵团开始向沙市、荆门和当阳留守日军发起进攻；十七日，彭善的第十八军尾随撤离的日军进入宜昌城。就在中国方面准备庆祝“收复”宜昌之时，撤到半路的日军突然停住了脚步。也就在日军围攻宜昌时，日军第十一军司令部、中国派遣军司令部以及东京的日军大本营之间，已就宜昌问题爆发了严重冲突。
位于长江上游的宜昌，扼守着三峡水路咽喉，东距武汉二百七十多公里，西距重庆四百八十多公里，既是两湖唯一水运通道上的要冲，又是沿长江西进重庆的门户。无论对中国方面还是对日军来讲，宜昌的地理位置都是无可替代的。特别是，长江中下游沿岸，再也没有哪座城市如此地接近中国的抗日中枢。如果日军能够长期占领宜昌，不仅军事上占据了梦寐以求的战略要点，更重要的是政治上的效果极其明显。
但是，要实现长期占领，所需兵力从哪里来？首先提出确保宜昌的是中国派遣军司令部。可派遣军面临着一个不可回避的难题，长期占领宜昌就须投入兵力，而东京大本营已决定削减在华兵力。日军强渡汉水那天，东京陆军省的幕僚们抵达南京，派遣军司令部提出了确保宜昌的建议，由于建议与削减在华兵力相矛盾，结果谁也拿不准主意。
九日，派遣军司令部作战参谋井本熊男飞抵汉口，确保宜昌的建议得到了海军第二联合航空队司令官大西泷治郎少将的赞赏，海军的理由是更加便于轰炸重庆。当日，井本熊男又抵达位于应山的第十一军司令部。显然，陆军的将领们很是恼火：原定计划就是长期占领宜昌，后来被否决了，现在又重新提出，让人无法接受。
经过彻夜的争论，终于有了一个模棱两可的结论：根据第十一军现有兵力，确保一至两个月可以，但难以确保长期占领；如需长期占领，大本营就须给第十一军增加两个师团的兵力。十日中午，失望的井本熊男只有飞回南京，飞机起飞后他特意到宜昌上空转了一圈---“虽有无限贪恋但又不得不放弃”。
就在这时，那个惊人的消息从欧洲传来：德军占领了巴黎。日军参谋本部的军官们如同打了一针强心剂，而已调任中国派遣军总参谋长的板垣征四郎也认为：“总得想个办法确保宜昌。”于是，大本营再次征询第十一军，是否能确保宜昌？第十一军决心与大本营对抗到底：或者改变减少在华兵力的决定，或者实施大兵力增援，否则第十一军就无法确保宜昌。中国派遣军司令部也同时向大本营施压：因为削减在华兵力而迫不得已从宜昌撤退会是千古恨事。
宜昌问题摆在了天皇面前：六月十五日下午十一时三十分，闲院宫参谋总长和代理军令部总长一并向天皇上奏了“日华新关系谈判开始后统帅部应采取的措施”。这时海军方面报告了当时正在实施的海军航空队轰击重庆的问题，提出把“宜昌”作为中继基地有极大的价值。 天皇当即问陆军：“陆军对宜昌有什么好办法吗？”第二天，日军大本营下达了确保宜昌“一个月”的命令。
第三师团接到命令后，紧急命令所属第二十九旅团迅速往回走。第十三师团师团长田中静一于十七日上午在距宜昌十公里处接到第三师团送来的紧急命令后，部队立即掉头。中国军队没想到日军会回来。掉头回来的日军第三、第十三师团很快与中国军队混战在一起。十七日当天，日军的先头部队再次冲进宜昌城。此时，刚刚“收复”宜昌的中国军队第十八军官兵连背包都尚未放下。
日军重新占领宜昌后，中国军队在宜昌、江陵、当阳、钟祥、随县、信阳外围，与日军形成对峙。为此，国民政府军事委员会重新设置了第六战区，辖境包括鄂西、鄂南、湘北、湘西和川东。枣宜会战以日军占领宜昌结束。就日军而言，除了占领宜昌之外，既没有歼灭中国第五战区的主力，也没有解除中国军队对武汉的威胁。
中国军队从早期的判断失误，到中后期指挥上的错误，不但使作战部队付出了巨大伤亡代价，且丢失了战略要地宜昌。针对枣宜会战，国民政府军事委员会苏联军事总顾问福尔根给蒋介石写出一份总结报告，严厉指出了中国军队致命的两大问题：一是最高军事统帅部作战指挥的问题，二是军队将领们拥兵自保的问题。此论极其精准。
无论如何，日军已经逼到了重庆的大门口。 在重庆很快传出‘日军逼近重庆’的风声，加上欧洲形势激变，使重庆政府内部抗战与和平两派的分裂更加激化。日中战争八年中，蒋介石总统最感到危机的时刻，就是宜昌作战的时候。这时，一个走向解决中国事变的时机已经来临。然而，日本人一直渴望的这个“时机”真的来临了吗？