5月10日，战局愈发趋于白热化，但也到了最危险的时刻。
北路日军的第3师团先头部队已进抵桐柏县城附近；中路日军的第13、第16师团在攻占随县后，继续向北猛攻，其兵锋直指枣阳地区；而南路的日军也有所进展。乍一看日军看似胜利在望，但其战线已被无形中拉长，部分日军部队呈突出态势。
在枣阳以东的激烈战斗中，一些部队被打散或被迫后撤，但也有部队死战不退。例如在厉山、唐县镇一线，汤恩博部第89师依托有利地形和既设工事，进行了异常顽强的防御，多次打退日军大队级规模的冲锋，虽然最终因伤亡过大和侧翼压力不得不后撤至枣阳以西的鹿头镇、太平镇等地继续组织防御。
但他们的顽强抵抗，严重迟滞了日军中路主力的推进速度，为战区调动兵力赢得了至关重要的时间。
日军的顺利推进让冈村宁次产生了战略上的误判，他认为第五战区主力已被击溃，现正忙于逃窜之中，他决心加快合围速度，于是命令各师团全力追击，这就进一步加剧了日军各部之间的空隙，同时还暴露出了日军的侧翼。
汤恩博率领的第31集团军，是第五战区最精锐的机动兵团。李棕人将其视作为反击的拳头部队，一直让其避敌锋芒，向侧翼山地转移。
当日军主力被吸引在枣阳地区。战线拉长，侧翼完全暴露在汤恩博部兵锋之下时，李棕人等待良久的战机终于出现了。
到了 5月12日，汤恩博麾下的第85军第4师，在得到命令后，突然从隐蔽的集结地，桐柏山出动，以急行军速度向进至枣阳以北的日军第16师团一部的侧翼发起迅猛的攻势。
日军完全没料到会遭遇如此强劲的侧击，其部队正在行军，一时间猝不及防。第31集团军第85军第4师的官兵们以密集的迫击炮、重机枪火力开路，步兵发起猛烈的冲锋，瞬间就将日军的行军纵队截成数段。
双方开始在丘陵地带展开了惨烈的白刃战。日军虽拼死抵抗，但因失去了整体指挥，一时间被打懵了，于是开始被迫后撤，一路上丢弃了大量辎重和伤亡人员。
此战虽未能全歼这股日军，但也严重挫伤了其锐气，打乱了其进攻节奏，并极大地鼓舞了全线友军
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