为策应第九战区湘北作战，军委会于9月20日电令第三、第五、第六战区各向当面日军发动攻击，定于23日发动。
蒋介石时刻注视着战局发展，特别是对第六战区反攻宜昌尤为关注，因为克复宜昌既是策应第九战区作战，又是解除日军对重庆和西南后方的重大威胁。
第六战区是在1940年6月12日，日军占领宜昌后设立的，辖区为鄂西北、湘西和川东地区，与第五战区的分界大致沿襄河之线，以西为第六战区；与第九战区的分界大致沿常德以南石门桥至洞庭湖北岸之线，以西、以北属第六战区。
军委会于9月20日、21日、22日连续电令，第六战区司令长官陈诚乘机克复宜昌。
陈诚奉命于23日作出部署：江防军七个师主攻宜昌；第26集团军主力置于当阳以西，切断汉宜公路，阻止日军第39师团向宜昌增援；第33集团军与第26集团军协同，切断汉宜公路；第20集团军切断汉京公路，阻止日军向宜昌增援。各部攻击时间限于9月27日、28日开始。因行动缓慢，30日才开始攻击。10月3日夜，江防军主力完成对宜昌包围。
为迅速攻克宜昌，陈诚命令第26集团军第75军第13师、第20集团军及第73军第77师参战，并严令各军向当面日军奋力突击，攻克既定目标。
蒋介石于10月2日下令：三日内攻克宜昌。陈诚4日电请延至8日，蒋同意并向陈诚通报了湘北日军北撤情况，要求决不能迟于8日攻克，否则将前功尽弃。
陈诚6日发起总攻，部队受到日军空中和地面双重拦阻，伤亡颇重进展不大。8日，宜昌城东慈云寺、东山寺及城多处日军据点虽被攻破，但中国军队仍在城外。
陈诚再次电请，于“双十节”务必攻克宜昌。蒋介石没有回电答复。陈诚则于10月10日拂晓，命令再次发起总攻。
投入各种火炮共140余门，大批炮弹铺天盖地般袭向日军阵地各个角落。大批步兵呐喊着怒潮般冲向城内。两军展开惨烈的巷战，日军伤亡惨重，岌岌可危。宜昌城内日军烧毁了军旗和秘密文件，师团长以下军官们准备好了自尽场地和用具，并写好了绝命书，等待最后时刻的到来。
为解宜昌之危，阿南惟畿于10月9日，命令北返日军早渊支队及第13师团第103旅团，紧急车运南下归第39师团指挥，全力向宜昌突进。10日清晨，增援日军第39师团、早渊支队及第103旅团，已抵达荆门附近。
10日上午，又有大批中国军队从东门突入宜昌城内，与日军展开巷战。日军以飞机20余架向中国军队猛烈轰炸，并施放毒气。突击部队伤亡惨重，撤出城外。午后，陈诚下令调整部署准备再攻。
由于日军增援部队已接近宜昌，为避免陷于被动，蒋介石于10日晚11时电令陈诚：停止攻击宜昌作战，各部队退回原防地，控制要点进行休整。第六战区反攻宜昌作战至此结束。
日军“华北方面军”司令官冈村宁次为策应第11军长沙作战，10月2日以第35师团自新乡以南强渡黄河，10月4日击退第一战区第3集团军部队，占领了郑州。10月31日，第35师团虽撤出郑州返回原防，但在黄河南岸京汉铁路黄河大桥西侧霸王城建立了桥头堡，以两个步兵大队、一个炮兵大队驻守，为后来打通大陆交通线作战创造了有利条件。
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