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４月２４日，中国陆军总司令部鉴于当前情况，认为北翼益阳方面已无顾虑，决心调第１８军参加主力决战。当日下达作战命令，其主要内容为：
“１ 第１０集团军（９２军）速以主力接替第１８军常德、桃源、益阳、宁乡方面之防务，拒止当面之敌，限４月底前接替完毕。
“２ 第４方面军主力（第７３、７４、１００军）应于新化、洞口、武冈之线竭力阻止来攻之敌，以使尔后之决战有利。第１８军主力４月底前集结沅陵，并依情况，可不待集结完毕即经沅陵、溆浦道南下，参加该方面主力决战。第１８师于防务交替后，沿安化、蓝田道向宝庆方向挺进，以遮断敌后交通，使主力军作战有利。
“３ 第９４军（欠４３师）限４月底前集结会同、靖县地区，尔后任务及行动另令饬遵。
“４ 新６军之新２２师，暂控置于芷江，保持机动。”〔５〕
第九部分：走向最后的胜利击退日军的最后两次进攻 7
日军第１１６师团开始进攻之初，因进展顺利而很乐观，不久战况逐步发生变化。４月２３日，其右纵队于大黄沙附近与其担任突袭的第１大队会合后，在圭洞以东即遭到第５１师的坚强抗击，转为守势。至２５日时，该师团第１０９联队仅剩５４６人。中、美空军在２３日后实施了密切的空中支援，日军昼间行动受到极大限制，中央及左纵队在第５１师及第７４军的层层阻击下，迄４月３０日，仅推时至江口、瓦屋塘以东一线，再也无法前进。日军两翼的第１３１联队及第５８旅团亦分别被第７３军和第７４军阻止于洋溪、武阳附近。第５８旅团于２７日猛攻武冈城，３０日攻击瓦屋塘，均被守军第５８师击退。
日军第２０军随着作战状况的愈来愈为不利，开始认识到形势的严峻性。４月２８日第４７师团主力的先头部队到达宝庆后，未立即将其投入战斗，而是令其在宝庆附近组织防御，以应付紧急情况。
到４月底，第４方面军北翼方面第１８军主力已集结于安化附近，南翼方面第９４军亦在第２６军掩护下集结于靖县、绥宁附近待命出击。担任阻击任务的第７３、第１００、第７４军，以坚强的逐次抗击和勇猛的不断反击给当面日军以重创。日军一再受挫，攻势逐渐衰弱。
５月１日，第４方面军展开全面反击，第１８军和第９４军亦开始由北、南两个方向向日军右、左翼逼近。日军被迫自５月３日起由攻势作战转为全面的守势作战。日军第６方面军向派遣军请求增加２至３个师团再发动新的攻势。派遣军无兵可派，予以拒绝。日军第２０军为挽回败局，经“中国派遣军”批准，于５月４日下午向第１１６师团及第５８旅团下达了撤退至山门、洞口、花园市（洞口南约２０公里）一带以整顿态势的命令。其命令的主要内容为：
１ 军暂时避免与中国军决战，将主力转移至山门、洞口、花园市附近，确保该地区周边要线，整理态势，俟第４７师团主力到达后，伺机击歼追出雪峰山系之外的中国军。
２ 第１１６师团应适时撤离现在战线，在山门、洞口附近集结，伺机歼灭该地区之中国军。为达成上述目的，应派遣一部兵力占领并确保８７０高地（洞口西南约５公里）以北至赛市北方高地之间的雪峰山山系东麓各要点，作为支撑点。
３ 第５８旅团应适时撤离现在战线，集结于花园附近，伺机歼灭在该地之中国军。为达成此目的，应派遣一部兵力先行确保桥当头（洞口西南约８公里）以南雪峰山系东麓要点作为支撑点，以确保附近之要地。
与日军第２０军下达撤退命令同一天的１５时，中国陆军总司令部也下达了转移攻势的命令。其主要内容为：〔６〕
１ 攻势转移之目标，为击灭进攻之敌，恢复我资水左（西）岸之原阵地，并相机攻略宝庆。
２ 亘攻势转移全期间所需粮弹补给，应尽速于５月１５日左右全部准备完毕，并分屯完成。攻势转移开始之日期，即以粮弹准备完成之日期为准。
３ 新６军归王耀武司令官指挥。其新２２师立即向江口推进，协同江口附近之部队作战，担任江口正面公路之防御，掩护该军直属部队及第１４师迅速向安江附近集中。
４ 第２７集团军之９４军主力应与第４方面军在安江、宝庆公路以南作战之各部队密切协同，务于５月１５日以前击灭城步以北之敌，进出于武冈、武阳以北附近，准备协同第４方面军担任对安江、宝庆公路以南之敌行右旋席卷、求敌之外翼而包围攻击之。
５ 第１０集团军应竭力拒止当面之敌，掩护攻击部队之左翼。
军事委员会认为发起反击的时机太晚，两次催促抓紧战机，迅速实施反击。陆军总司令部遵命于５月６日又发补充指示，令第４方面军及第３方面军的第９４军立即发起反击。第４方面军决定５月８日拂晓全面转移攻势，将决战重点置于两翼，协助第９４军压迫日军于雪峰山山系东麓，围而歼之。
日军第２０军发觉中国军队正从北、西、南三面向其逼近，第３方面军第９４军及第４４师又于６日收复新宁、７日解武冈之围，因而急令第１１６师团及第５８旅团逐步靠拢，并列向宝庆撤退；同时令刚刚到达的第４７师团后续主力部队西渡资水，向大桥边西高地前进，迅速投入战斗，以接应东撤的部队。日军第６方面军感到第２０军撤退部队的左翼兵力太弱，遂令驻全州的第１１军第３４师团转隶第２０军，使其推进至新宁，以掩护东撤部队左侧背的安全。
第４方面军因所属部队未能如期集结于攻击准备位置，将反攻开始的时间推迟了一天。５月９日，在强大的空军机群支援下，第４方面军所属各军向日军发动全面攻击。激战至１３日，第７４军与第９４军协力击溃日军第５８旅团主力，攻占了高沙市，第９４军并将第２１７联队的第１１７大队包围于高沙市西北地区；第１００军在重创日军第１１６师团的第１０９联队后，将其包围于圭洞以东的大黄沙附近；第１８军的第１８师以猛烈的攻击，将向大桥边前进的日军第４７师团阻止于顺水桥一带，迫使其改道去龙溪铺；第１１师及第１１８师则分别攻占了山门及六都寨。第７３军继续向困守南山寨的日军第１３１联队进攻。
当第４方面军发起全面反击时，日军“中国派遣军”已认识到这次进攻芷江的作战已经失败。
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５月９日，冈村宁次下达了中止芷江作战、部队适时撤回原驻地的命令。在中国军队反击下，迄５月１５日，日军第１１６师团及第５８旅团退至破塘、金龙砦、古下江、米山铺一线，而其北翼第４７师团于当晚在茅坪与由南山寨撤退的第１３１联队会合，开始向宝庆撤退。
１５日，第４方面军调整部署，除令第７４军和第１８军分别向龙潭铺、石下江和金龙砦攻击外，令第１００军以一部肃清当面日军残部，而将主力控置于山门以西；令第７３军继续向南山寨攻击。战斗至５月２２日，第１８军、第９４军和第７４军先后攻占了金龙砦、黄桥铺、米山铺等地。日军第１０９联队大部被歼，第１３３和第１２０联队也遭到沉重打击。第５８旅团被包围于高沙市西北茶铺子的第１１７大队则被全歼。至６月７日，日军残部在第２０军新调来的近１０个大队（第６４师团３个大队、第６８师团１个大队、独立混成第８１旅团１个大队、独立混成第８６旅团３个大队和第２７师团补充人员等）组成的集成部队掩护下，逐次退至宝庆地区。第４方面军收复了所有在此次作战中失去的阵地，恢复了战前的态势。
日军进攻芷江的作战以彻底失败告终。据国民政府军事委员会在抗战胜利时的统计，杀伤日军２８１７４人，俘军官１７人、士兵２３０人；台湾国民党当局１９８９年编印的《抗日战史》记为杀伤日军３６３５８人，俘军官２４人、士兵１８０人。日军第２０军当时的统计： 战死１０１７人，病死２１８１人，战伤１１８１人；生病： ４月份５３３６人，５月份４６５７人，６月份１４６４７人。
作战期间，中国空军以绝对优势兵力控制了战场上空，几使日军航空兵完全丧失活动能力，所以日军航空兵出动很少。整个作战期间，日军仅出动过７架飞机，进行了５次空袭，共投弹２２枚。中国空军以第２、第３、第５大队及中美混合团第１大队支援作战，战斗机出动９６０架次，轰炸机出动１７１架次，共投掷炸弹２９吨。但由于日军多在夜间行动，白昼尽量避开公路，由山区小道及浓密森林区间行动，所以效果颇受影响。惟在大黄沙地区围攻日军第１０８联队的战斗中发挥了最大的威力，歼灭日军炮兵甚众。
附表8…4…1老河口地区作战日军参战部队指挥系统表（１９４５年３月）
中国派遣军司令官冈村宁次
华北方面军司令官下村定
第１２军司令官内山英太郎
第１１０师团木村经广
步兵第１１０、第１３９、第１６３联队，野炮兵第６联队
第１１５师团杉浦英吉
步兵第８５旅团三宫满治（独立步兵第２６、第２７、第２８、第２９大队）
步兵第８６旅团山田三郎（独立步兵第３０、第３８５、第３８６、第３８７大队）
战车第３师团山路秀男
第１３战车队，第１７战车队，机动步兵第３联队，机动炮兵第３联队、搜索队、辎重兵队、警备队、工兵队、通信队及配属的第１１７师团的第３８８大队。
骑兵第４旅团藤田茂
骑兵第２５、第２６联队，骑炮第４联队及辎重兵队
步兵第８７旅吉武秀人（属第１１７师团）
独立步兵第２０４、第２０６、第３９１大队，迫击炮队及工兵队
第６方面军司令官冈部直三郎
第３４军司令官栉渊一
第３９师团佐佐直之助
步兵第２３１、第２３２、第２３３联队
野炮第３９、工兵第３９、辎重兵第３９联队
附表８…４…２老河口地区作战中国参战部队指挥系统表（１９４５年３月）
军事委员会
第一战区司令长官陈诚（由副司令长官胡宗南代理）
第４集团军总司令孙蔚如
第３８军张耀明
第１７师（申及智）第３５师（孔从周）
第９６军李兴中
第１７７师（李振西）新１４师（陈子坚）
第３１集团军总司令王仲廉
第７８军赖汝雄
新４２师（谭煜麟）新４３师（黄国书）新４４师（张汉初）
第８５军吴绍周
第２３师（黄子华）第１１０师（廖运周）暂５５师（李守正）新１１师（黄泳瓒）暂６２师（鲍汝沣）
第４０军马法五
第３９师（司元恺）第１０６师（李振清）新４０师（崔玉海）
河南警备司令部警备司令刘茂恩
第１５军武庭麟
第６４师（刘献捷）第６５师（李纪云）
第３警备司令部警备司令刘子奇
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暂６６师（刘子奇）第４纵队（席祥青）第６纵队（陈舜德）
第五战区司令长官刘峙
第２集团军总司令刘汝明
第５５军曹福林
第２９师（荣光兴）第７４师（李益智）第８１师（葛开祥）
第６８军刘汝珍
第１１９师（刘广信）暂３６师（崔贡琛）第１４３师（黄樵松）第２２师（单裕丰）
第２２集团军总司令孙震
第４１军曾盨元
第１２２师（张宣武）第１２３师（汪朝濂）第１２４师（刘公台）
第４５军陈鼎勋
第１２５师（汪匣锋）第１２７师（王徵熙）暂１师（李才桂）
第６９军米文全
第１８１师（张雨亭）暂２８师（陈光然）
第４７军李宗舫
第１０４师（杨显名）第１７８师（李家英）
新８军胡伯翰
新６师（范龙章）暂２９师（尹瀛洲）
第３３集团军总司令冯治安
第７７军何基沣
第１７９师（许长林）第１３２师（王长海）第３７师（吉星文）
第５９军刘振三
第３８师（李九思）第１８０师（董升堂）暂５３师（翟紫封）
第十战区司令长官李品仙
暂９军傅立平
暂２７师（王金辉）骑３师第７团及第４挺进纵队
第７军徐启明
第１７３师（刘窻）
豫南挺进军张轸
第１３、第１４、第１５、第２０纵队
附表８…４…３芷江地区作战日军参战部队指挥系统表（１９４５年３月）
第２０军司令官坂西一良
第１１６师团岩永汪
第１０９、第１２０、第１３３联队
野炮兵第１２２、工兵第１１６、辎重兵第１１６联队
第４７师团渡边洋
第９１、第１０５、第１３１联队
骑兵第４７、山炮兵第４７、工兵第４７、辎重兵第４７联队