但步兵的伤亡不大，部队的战斗力基本保存完好。
突破长寿店阵地之后，第13师团的前锋已经越过了长寿店以北的丘陵地带，前方是一片相对开阔的平原，距离枣阳已经不到一百公里。
五月三日下午，第3师团占领了泌阳县城。
第二集团军的部队在县城外围进行了抵抗，但面对日军坦克和德械化步兵的联合冲击，防线在数小时内就出现了多处缺口。
县城陷落之后，第二集团军的主力开始向桐柏山方向撤退，由于撤退太过仓促，他们在撤退沿途丢弃了大量的辎重和装备。第3师团的师团长在当天晚上的作战日志里写道：“支那军的抵抗意志一般，武器装备明显落后。德械化联队在攻坚中的表现令人满意，自动火力密度远超支那军阵地所能承受的极限。预计后天可抵达预定位置。”
五月三日晚间，李宗仁在指挥所里接到了长寿店阵地失守和泌阳陷落的消息。他站在地图前面沉默了很久，参谋们围在旁边，没有人敢先开口。最后李宗仁转身对参谋长说：“日军的推进速度比预想的快。