一絕好之時機，竭盡全力，以完成在運動中殲滅敵人之光榮任務”的電報，均為日軍截獲。
日軍還從張自忠向蔣介石報告所率5個師的行動的電報中，了解到第33集團軍的具體位置。
園部和一郎遂決定，集中第13、第39師團的兵力，沿漢水東岸南下，反擊張自忠集團軍。
令在新野以南的第3師團撤至棗陽附近，掩護後方。
日軍情報部門又從電台聯絡呼号及方法，采取電波測向，一直掌握着第33集團軍總司令部電台的向外聯絡情況和位置。
了解到張自忠總司令部位于宜城東北約10公裡一帶地區，日軍遂在航空兵配合下向這一地區合圍。
15日夜，日軍第39師團由方家集、南營向南瓜店逼進，16日拂曉完成對第33集團軍司令部的戰術包圍，在炮火支援下，四面圍攻。
守軍第74師英勇抗擊，并不斷實施反沖擊，陣地失而複得數次，激戰至下午，特務營亦參加了戰鬥。
此時，日軍進攻部隊已達5000餘人，集中炮兵火力，猛攻守軍的最後陣地。
第33集團軍總司令張自忠将軍壯烈犧牲，第74師傷亡殆盡。
此時，日軍第3師團配屬之第216聯隊正在棗陽西北遭第31集團軍包圍猛攻，日軍援軍激戰至18日上午，方得解圍後撤。
但日軍各師團仍處于被包圍狀态，在中國軍隊的阻擊、側擊下，傷亡亦重。
園部和一郎為擺脫不利的被動局面，決定以進攻手段打破包圍，令部隊在撤至樊城、棗陽一線時，向追擊部隊實施突然反擊，并向北攻擊前進，以擊潰由北向南圍攻的第五戰區主力部隊。
俟進至鄧縣、老河口附近，在第五戰區尚未了解日軍真正意圖前，突然快速後撤至樊城、棗陽一線，作進攻宜昌的準備。
5月19日拂曉，日軍按照計劃突破第五戰區的包圍圈，攻擊北上。
20日，第39師團先頭部隊第233聯隊進至白河南岸。
當夜受命徒涉渡河，半渡之際，蔭蔽在北岸的第31集團軍部隊，集中火力，實施突襲。
該聯隊死傷過半，倉皇退回。
21日，園部和一郎下令，命各師團立即撤至樊城、鐘祥間漢水東岸地區。
為補充此次作戰所損兵力，調九江獨立混成第14旅團的獨立61、62、63大隊和安義第33師團第215聯隊第1大隊加入作戰部隊，同時令第40師團在漢水以東大洪山地區繼續向第五戰區的部隊進攻，以保障進攻部隊的後方。
5月31日晚，日軍第3、第39師團由歐家店、宜城間強渡襄河，6月1日攻占襄陽，3日占南漳、宜城，轉向南進。
第五戰區的第41、第77軍尾随敵後，收複襄陽、南漳。
當日，第13師團由舊口及沙洋附近強渡襄河，與宜城南下日軍相策應，向江防軍進攻。
江防軍主力退守董市、古老背、雙蓮寺之線主陣地。
5日，日軍攻占沙詳，6日占荊門、十裡鋪、十回橋。
8日，日軍占領遠安、河溶、江陵、沙市，主力展開于荊門、十裡鋪、江陵之線。
9日開始，在航空兵直接支援下，向守軍主陣地進攻。
午後，右翼陣地被突破，當夜退守宜昌外圍陣地。
日軍繼續進攻，激戰至12日16時，宜昌失守。
日軍第11軍原定在攻占宜昌後，各部隊即返回駐地。
占領宜昌的當晚，園部和一郎即令從速整理态勢，作撤退的準備。
6月15日，下令撤退，16日全部撤出。
第五戰區第18軍當即收複宜昌，日本大本營受歐洲德國占領巴黎和意大利宣布對英、法作戰的影響，為進一步加強對重慶的威脅，不顧兵力不足，又命中國派遣軍确保宜昌。
17日12時許，日軍第13師團又攻入宜昌。
此時、大洪山地區的日軍第40師團已被第29集團軍包圍，激戰6日夜，傷亡極重，師團長天谷直次郎負傷，糧食、彈藥全靠空投。
園部和一郎因無機動部隊可以增援，隻好令第40師團自身組織突圍。
6月21日，突出包圍圈，到達鐘祥以北漢水東岸。
至此，會戰結束。
此次會戰，日軍雖占領了宜昌，但未能擊潰第五戰區的主力，而且遭到重創，傷亡1.1萬餘人。