5月11日，三十八师由黄龙附近、七十四师由峪山以北向土桥铺及兴隆寺方面追击，恰与日军第十三师主力遭遇，双方在峪山东北及黄龙东南地区发生激烈战斗。
12日凌晨，这股日军改向东窜，张自忠指挥三十八师、七十四师及骑师星夜追击。
骑师在琚家湾附近截击敌一部约2000人，激战半日，毙敌甚众，缴获战马数十匹和大批战利品，余敌向东南溃退。
13日凌晨，三十八师进至琚家湾以南，探知附近曹家大湾一带有大批日军宿营。张自忠即令黄师长抓住良机，发动攻击；令七十四师主力，迅速南下耿家集截断日军去路；令四四团向西展开，准备阻击黄龙来援之敌，掩护三十八侧后。
拂晓前，三十八师先头部队进至梅家大湾，日军已开始沿曹家庙、梅家二房湾、梅家高庙向南行进。
黄师长还未布署完毕，敌已发现西山岗上有我部队向其隐蔽接近，即鸣枪示警。黄师长当机立断，令樊伦山团长率一一四团向梅家二房湾冲杀以便将敌拦腰斩断。敌司令部官佐在我冲击下四下逃窜，两名指挥官连人带马被击毙。
正当三十八师攻击部队发起冲锋时，梅家高庙上的敌轻重机枪疯狂扫射过来，同时日军还将大炮放在散兵线上向我轰击。
梅家高庙是这一带的制高点，在日军居高临下的扫射下，三十八师攻击受挫，被迫撤回梅家大湾与敌对峙。
不久，日军纠集千余人向我反扑，但因指挥官遭我击毙，元气未复，组织不起来有力地攻击。
13日晚，一七师和一八o师先后来电告知，两师师部分别被敌阻于田家集、老河口。这样一来，南北两个师均须接应。
与此同时，张自忠之当面也出现了新的敌情：日军第三十师团主力5000余人在师团长村上启作指挥下，已由峪山东侧南下。
为截击该敌，并接应上述两师，张自忠决定把部队分为左右两纵队：黄维纲师长指挥三十八师为左纵队，向田家集方向推进，接应一七师；七十四师为右纵队，由他亲自指挥，先接应一八O师到方家集集，然后向南追击。
但不幸的是，张自忠总部所用无线电密码已被日军第十一军通信部队破译，张自忠上述部署均为日军洞悉。于是，日军第十三师团和三十师团分路向方家集奔袭而来，合力夹击张自忠部。为增加攻击力量，园部和一郎还急调第四十师团师团长天谷直次郎带领4个大队驰援枣阳。张自忠处境危殆。
14日清晨，张自忠率部到达方家集，但日军三十师团已先行到达。双方随即展开遭遇战。张自忠登上方家集东北高地，指挥我军冲锋，并令工兵连爆破日军火力点，旋即攻占方家集。接着又开始与日军争夺方家集外围高地。双方肉搏血战，伤亡均在千人以上。张自忠令手枪营也加入战斗，战至黄昏，终将敌击溃。
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