此时，日军灵宝战役总指挥吉本贞一中将焦头烂额。
他已经接到灵宝战役后，停止全部战斗的命令。此时豫中会战大体已经结束，日军各部都作战1个多月，颇有伤亡。日军前后行军数百公里，人人疲惫不堪，不愿意继续增援灵宝作战。
吉本贞一无奈之下，向上级华北方面军司令官冈村宁次反复求援。冈村宁次也很重视，这才在27日亲自飞到陕县和吉本贞一面谈。
冈村宁次同意在现有3个旅团1个师团基础上，再提供大量增援部队，包括第一批的2个步兵大炮，1个山炮大队，1个重炮联队（50多门重炮），以及坦克第3师团主力300多辆坦克装甲车等等。
增援部队在6月3日之前全部赶到，这样一来，日军在战斗力上又大大占据优势。
增援部队刚刚赶到，吉本贞一就迫不及待的发动新的攻击。
此次日军增加了数量众多的重型武器，战场情况就发生了很大变化。这一线地形比较险要，但终究不是无法逾越，海拔最高的山头也不过400多米。
日军以重武器开路，对于国军固守的阵地进行饱和炮击，然后以坦克为先导，掩护步兵冲击。
胡宗南集团属于中央军中装备较好的部队，但在重武器上也绝非日军对手，不能相提并论。
其中，国军最难对付的，就是日军的坦克部队。
此次，吉本贞一将坦克作为主要的攻击力量。在他的要求下，冈村宁次将坦克第3师团第17联队的2个集成坦克中队和机动步兵第3联队第3大队混编，组成一个渡边支队，由坦克第17联队长渡边谦太郎大佐指挥。这个部队装备坦克装甲车总数高达300多辆，攻击力惊人。
该部队在5月31日从洛阳出发，利用高机动性，仅仅一天就赶到陕县附近。6月1日上午7点，到达陕县附近5公里李家寨的日军坦克部队已经完成集结，可以随时发动进攻。
吉本第1军向灵宝地区进行了全面进攻的部署：
以长岭喜一的独立步兵第9旅团（杉兵团）为北路，由大营镇向西经南朝、焦岭、神窝、布张、寨原、岸底、纪家庄，攻向铁路线上的常家湾、南营、常阎村一带；
以69师团指挥的独立混成第3旅团（洋兵团）为中路，由西底庄、南院、魏家洼、栗子洼、小西坡，攻向以西的王平河、祖师庙、神底、上洼、虢略镇（现灵宝城）、西章、西常册、北贾村、上下庙底，与北路的独立步兵第9旅团在附近常阎村的部队会合。
以69师团59旅团（地兵团）为南路，由柿树洼、夫妇头、小张家坡、刘家河，攻向以西的草庙、庙沟河、竹园沟、后小妹河、前后孟家河、东坡、阳坡一带，然后继续西进，经虢略镇东南、正南约10－15公里之王家会、柿子沟，五亩，而越过附近最高的娘娘山，到达虢略镇以西之孟村、巴楼、郎寨，再向北经阳平镇、皇帝岭，与一齐攻向该地的中路、北路部队会合。
临时配属的部队，即第12军63师团的独立步兵第11、第14大队，独文山炮兵第1大队，野战重炮兵第6联队，战车第3师团的两个战车中队。山炮大队被配属到69师团，野战重炮兵第6联队于大营附近待命。
6月3日，敌军杉兵团从陕县调来汽车10辆，满载敌兵驰援被击退的独立步兵第9旅团独立步兵第223、第226大队。
12时，日军三四百援兵窜驰南北朝村，并向第8师弟22团后方干扰，双方白刃肉搏，死伤枕藉。
由此国军第一线阵地，到处都发生了激烈战斗。
据师长吴俊回忆：反复争夺一个据点达10余次之多，以至尸横遍野，其悲壮之激烈状况，不亚于淞沪战场。
让日军雪上加霜的是，3日开始，灵宝陕县突然降大暴雨，到处都是一片泥泞，对于进攻非常不利。
不过，暴雨也阻挡了中美联合空军对日军的攻击。
6月4日，坦克第3师团的前锋坦克第17联队（熊兵团）的渡边支队，也已经前进到大营地区，包括坦克90余辆，装甲车250余辆。
可以说，坦克第17联队的到来，大大改变了局势。
日军这300多辆坦克装甲车装备的火炮，比国军5个军火炮总数还要多几倍。日军仅仅靠这些坦克装甲车，就可以拥有火力的绝对优势。
同时，第12军出动第69师团主力向灵宝以南推进，策应正面作战，同这里的刘戡兵团一部发生激战。鉴于日军主力增援赶到，胡宗南命令过于突前的第8师放弃一线阵地向后撤退：第8师撤至韩家凹、砦子沟、季家湾、五帝村之线（韩家凹今为韩家村，砦子沟今为沟北村，季家湾应为吉家湾）。
由此，第一条防线的北面被日军攻破，国军陆续退守到第二线防线。
6月5日，新一轮攻势展开了，日军攻打国军第二线阵地。
面对国军顽强阻击和重兵集结，日军攻击自然不顺利。
南线的59旅团（地兵团）首先出击，从6点开始发动猛攻。刚刚出动的7点，他们就遭遇中美联合空军4架飞机的轰炸。天气不好，阴雨连绵，但我军轰炸仍然造成独立步兵第85、第118大队100人的伤亡，挫伤了日军的士气。
地面战斗是极为激烈的，地兵团的三角山攻击方向，斋藤大队第一次冲锋刚刚几分钟，就有22人被打死。
两军激战到10点30分，日军几乎没有推进。第59旅团指挥官木村千代太无奈，使用了5个步兵大队，在炮兵掩护下全力攻击，仍然步履维艰。
当晚23点在重炮掩护下，突进到康岭、庙沟河一带地区。受69师团指挥的独立混成第3旅团，在6月5日这一天仅前进了约3公里。
北线的大营附近的独立步兵第9旅团（杉兵团），也很困难。
在渡边谦太郎大佐所率的两个坦克中队及野战重炮兵第6联队的配合下，火力完全压倒国军。即便如此，当天该旅团不过前进了8公里而已，到达了虢略镇东北的布张、南家洼、庙后一带。
当天，日军平均前进4到8公里。
即便如此，在当天，左翼109师阵地朱光樨的阵地部分被突破，外围刘戡兵团阵地也被突破多处。
第79师291团第3营第8连连长谢鸿文回忆当年：6月4日，我们赶赴函谷关一线布防。我们占据山头，抢修工事，没有命令不得后退一步。阵地在山上，坡度大，高度不一。诚然，日军进攻很不容易，但我军防御同样很难。好在山上的土多石头少，工事修建的很快。为了预防重炮的轰击，我们挖掘的工事都在3米左右。果然，第二天日军就杀到了，用重炮猛烈攻击我军阵地。山势陡峭，日军步兵强行攻击等于送死。所以，他们希望先用炮火摧毁我军阵地，然后打开缺口，强行占领山头。一时间，几十门大炮齐发，阵地顷刻间树枝断折，尘土腾空，碎石乱飞，硝烟弥漫。阵地上的整个地面，几乎都被炮弹翻了一遍。好在，我们工事比较深，覆盖也坚厚，士兵伤亡不大。我连仍然有一个瞭望哨被炸毁，4名士兵全部负伤，其中班长受伤很严重。
敌人火炮向后转移以后，我连士兵立即进入破烂不堪的阵地，利用断树、弹坑、土堆、岩石为掩护，部署散兵线，严阵以待。敌人以为我军已经被强大炮火摧毁或者吓跑，便三五成群快速冲锋过来，大有一举占领山头之势。我一声令下，机枪步枪同时射击，手榴弹在敌人群中爆炸。敌人有的被打得头晕转向，抱头鼠窜；有的则惊呼怒骂，趴在地上胡乱射击。最终，他们丢下成片尸体，狼狈退走。
不久后，敌人的火炮又响了，接着又是步兵冲锋。我们反复和敌人厮杀，没让敌人占到一点便宜。
随后几天，战斗越来越激烈。国军有地形优势，火力上差距太大，尤其是日军坦克的参战使得国军伤亡很大。
第79师291团第3营第8连连长谢鸿文又写到：第3天也就是6日，敌人派出十多架飞机，沿着我们阵地投掷燃烧弹，一些掩体被击中，全连有了一些伤亡。整个阵地淹没在硝烟火海之中，成为一片焦土。我也被炸飞几米，晕了过去。等到醒来时，小号兵摇着我说：连长，敌人上来了，咱们完了。我跳起来，抖掉身上的尘土，怒吼：哭什么？孬种。快通知各排上刺刀，准备肉搏。我的连指挥所已经被炸毁，一个出口被炸塌，我领着没死的战士从另一个口冲了出去。此时，敌人离我们只有几十米，我部下战士衣衫破烂、满脸焦痕，但没有一个畏缩不前的。大家一股脑冲入敌人群中，进行激烈白刃战。有经验的军人都知道，居高临下冲锋拼刺是很厉害的。我们的刺刀向敌人胸部腹部招呼，敌人只能刺中我们的腿。敌人一下子招架不住，掉转身向山下溃退。
不过，第4天就不同了。
第79师291团第3营第8连连长谢鸿文回忆：第4天，也就是7日，日军大大增强了兵力和火力。除了大炮飞机以外，阵地前突然出现了十多辆坦克。日军步兵以坦克为掩护，连续发动进攻。我连阵地前，也有2辆日军坦克。它们一边前进，一边猛烈开炮开枪射击。我连根本没有反坦克武器，只能组织爆破队用集束手榴弹去炸坦克履带。我同时命令机枪手，扫射坦克后面的日军步兵，掩护爆破队。第2排第1班3个战士自己报名参加爆破队，冒着枪林弹雨摸到坦克边，投掷了手榴弹。轰一声巨响，尘土和硝烟罩住了坦克。我帮边的小号手兴奋的叫嚷，打中了，打中了。谁知道，这辆坦克并没有严重受损，突然从烟雾中冲出来。3名爆破战士躲闪不及，不是中弹倒地就是被坦克压死。就在这时，第二组爆破队又冲了上去。这次，他们将手榴弹直接塞到坦克履带下。轰一声，坦克跳了一下，右边履带炸断了。3个日本坦克兵急忙从坦克中钻出来，向后逃去。我军官兵枪弹齐发，将他们全部打死。第2辆坦克不知道虚实，以为第1辆坦克压中了反坦克地雷，吓得急忙转头逃走。这里山坡陡峭，这辆坦克转弯太急，竟然滑落到悬崖下。敌人步兵见状，也急忙退走。
随后，我们又坚持了几天。到了第6天也就9日，全连可以战斗的官兵只有20多人。我实在没有办法，被迫向营长求援。营长李大昭回答：援军一个都没有，你必须坚守，不得退后一步。营长李大昭是我多年老友，他最后对我说：兄弟，一起玩命吧。你死了，我替你照顾妻儿。到了10日，我连才接到命令撤退。整整6天血战，我连毙伤日军数百人，击毁坦克一辆，但自己伤亡极大。进入阵地时，全连官兵157人，撤退时候仅剩17人，基本拼光了。
北线中路南线中，中路和南线都是山地，而北线地形相对较为平坦，更适合日军发挥重武器的优势。
这里的守军第8师奋力抵挡，逐步坚持不住。
第八师师长吴俊后来回忆道：敌人不仅以优势空军及炮兵掩护，更重要的是阵地前突然出现大批中型战车冲向我军阵地。我军苦无反战车武器，只得在土坎下构筑掩体，以躲避战车的射击。我命令士兵使用集束手榴弹潜往投掷于战车腹下，日军战车被炸数辆。其余战车才悻悻而去。第8师战前战斗人员9700多人，战斗结束后仅余1200人。
其中以6月5日战斗最为激烈：第八师当面之敌，于五日拂晓，以猛烈炮火向砦子沟、焦岭、小南朝阵地射击。六时许，敌先头部队四百余，战车七辆，向该师阵地进攻。守军沉着应战，当毁敌战车三辆。旋敌主力步兵千余，战车九辆，蜂拥而来，我复将其战车三辆击毁。敌复以步骑兵五百余，向王和、韩家凹第24团阵地猛攻；另一部步兵七百，战车十余辆，向小南朝第22团阵地猛攻。
日军战史也写到：坦克第17联队，攻击第8师阵地时，遭到原配属第3军的坦克炮连的打击。当先的7辆97式坦克，当场被击毁3辆。随后，又有9辆97式坦克掩护步兵继续攻击，又被击毁3辆。虽敌人连续击毁我军坦克，但他们反坦克炮很少，逐步停止了炮击。我军再次出动10多辆坦克协同步兵攻击时，敌人已经没有开炮。
日军重武器越来越多，炮火越来越猛烈，情况对国军很不利。李延年急忙调整防御，命令李振清106师掩护阵地被突破的部队有序后撤，退到弘农河西岸的第三线阵地继续防御，第二线阵地又被突破。
国军在撤退前，破坏了几乎所有的公路，并且在所有日军可能经过的地区大量布雷。
这大大阻挡了日军的推进。
随后3天作战也是类似，日军以绝对火炮坦克的优势，全线猛攻。国军誓死抵抗，浴血奋战，顽强阻击。
激战到3天后的8日，日军仅仅前进20公里，到达弘农河东岸一线地区。
最南面的第59旅团（地兵团），所在地形最差，到处都是山地。国军以山地作为掩护，不断反攻袭击，伤亡惨重。地兵团和国军苦战，期间因山地信号不好，失去了和其他部队联系，自身难保。
在通讯断绝前，地兵团向第1军叫苦：遭到敌人有利拦截，前进更加缓慢，甚至山脉的小路也被敌人占领。要突破该地，无论付出多大牺牲和时间也难以奏效，实在遗憾。因此只能放弃这一行动，万分抱歉。
