军事委员会见日军已发起全面进攻，急令第一、第五战区除按21日电令防守各要点并留置一部兵力与敌保持接触外，主力即向湍河以西转移。
第五战区遵照命令，留置第22集团军所属第6、第9挺进纵队及1个团，第2集团军所属第143师(守南阳)及第1、第7挺进纵队，其余部队全部在日军到达之前撤至湍河、丹江间地区。
第一战区遵令留第110师、暂66师及第4、第6挺进纵队于伏牛山区，其余部队全部撤至桑坪及淅水以西地区。
由于守军主力转移，日军第12军毫无阻碍地迅速深入豫西腹地。
3月24日，日军右翼第110师团及左翼第115师团已分别由南召及南阳以南的三十里屯附近渡过白河，骑兵第4旅团则超越步兵第一线部队正向老河口突进中，惟战车第3师团在中国空军连续攻击下仅进至方城。
日军第12军见进展顺利，26日决定令原准备进攻南阳的第110师团全部向内乡前进，而后以主力进攻西涧口，以一部进攻淅川。
令第115师团主力进攻老河口，一部进攻老河口西北约45公里处的李官桥，控制汉水上游。
令步兵第87旅团(配属部分战车及军直属炮兵一部)进攻南阳，令骑兵第4旅仍按原任务进攻老河口机场。
3月27日，日军各部按命令行动。当日凌晨，骑兵第4旅团突进至光化附近。其第25联队进攻光化城受挫，第26联队于中午攻占马窟山，18时击退第125师防守机场部队，占领老河口机场。
第115师团的第85旅团在击退守军第22师一部后，于上午攻占邓县;第86旅团击退第22师后占领文渠集、七里河(邓县西北约15公里)。第110师团的第139联队及战车第3师团的机动步兵第3联队于28日晚攻占内乡。
守军第26师撤向西涧口。
日军第87旅团于28日进抵南阳外围，开始从事攻击准备。
由内乡向西涧口及淅川进攻的日军第110师团及战车第3师团，在击退沿途阻击的第68军主力及新8军、第15军、第85军各一部后，其第139联队及战车第3师团一部于31日攻占西涧口。
第163联队及战车第3师团主力于4月1日占领淅川。守军第68军已于日军到达前退向荆紫关一带。
围攻南阳的日军第87旅团经准备后，于30日凌晨开始攻击。该旅团共有6个dú • lì 步兵大队(第87旅团2个，第88旅团2个，第115师团第86旅团1个，dú • lì 混成第92旅团1个)、1个炮兵大队(105毫米野炮8门)和1个战车中队(战车6辆)。
经激烈战斗后，其第617大队在猛烈炮火支援下，于当日16时50分由西北角突入南阳城。
守军第143师与突入的日军展开巷战。
此时第五、第一战区部队均已退至淅水、丹江一线，南阳已成孤城。第143师于30日夜由城东南角撤离，日军于当日24时完全占领南阳城。
日军第115师团从邓县进攻老河口和李官桥，其第86旅团从文渠集、七里河继续西进，在与守军第47军发生短促战斗后，于29日占领了丹江东岸的李官桥。
4月1日和2日，守军进行反击。日军为加强李官桥的防御，4月6日将骑兵第4旅团调至该地。
骑兵第4旅团于3月27日进攻光化城受挫，31日及4月1日又连续数次向老河口发动攻击，但均被第125师击退，且受重创。
其骑兵第25联队4个中队因伤亡太多，最后将4个中队缩编为1个临时集成中队。
日军第115师团主力4月2日到达老河口后，骑兵第4旅团划归第115师团指挥，该师团将该旅团撤至老河口东北约25公里的孟家楼休整。
由于李官桥形势紧张，才将该旅团调去增援第86旅团。
第115师团主力到达老河口外围后，鉴于骑兵第4旅团进攻受挫、反遭歼灭性打击的情况，不敢立即发动进攻，俟进攻南阳的野战重炮兵第6联队到达，并运送足够的dàn • yào 和将战车第13队的10辆战车修整完成后，于4月7日拂晓发起攻击。
激战终日，日军的多次冲击均被击退。其主攻方向上的第26大队在炮兵及工兵直接支援下一度由北城墙击毁的缺口处突入城内，但在第125师的英勇反击下，日军先头第1中队基本被歼，其他中队被迫退回。
当晚又组织两次攻击，也遭失败。
4月8日10时，日军经整顿后再次发动猛攻，在炮火掩护及战车前导下，经过近4小时的肉搏血战，日军终于以伤亡近400人的代价，于13时50分左右突入城内。
守军第125师一面实施巷战抵抗，一面组织撤退，当天傍晚分两部分别撤至汉水西岸和老河口以南地区。老河口为日军占领。
担任牵制作战的日军豫西地区队第110联队于3月22日夜从洛宁出发，其先头部队于23日拂晓在马店(洛宁西南约10公里)附近与守军新35师一部发生短时战斗，于当日16时进占长水镇。
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