曰军的反应正中高飞的下怀，原本驻守在坚固要塞当中的第１０１师团和第２６师团不但离开了自己的巢穴，而且经过连续两次分兵，目前的兵力只有三万余人，相对于自己三路大军的任何一路都没有优势可言，只要布置得当，完全可以个个击破！
权衡再三之后，高飞决定还是先拔除马当要塞这颗最坚固的钉子，他命令东路军在舰炮的射程之外构筑坚固工事，严密监视留守曰军的动静，只要江面上的舰队一离开就可以发起攻击；阻击部队则和高炮旅一起穿插到香口地区，构筑工事，阻击曰军的回援；西路军则力争在最短的时间内完全占领马当要塞。
由于曰军的轰炸机忙于为陷入包围圈内的第１１军主力部队提供空中支援，无暇顾及马当要塞，廖启荣便毫不客气地命令部队全线出击，同时对香山、藏山矶和马当要塞三个阵地发起攻击。
吸取了首次攻击香山阵地失利的教训，中[***]队没有在一开始就投入重兵，也没有进行长时间的炮火覆盖，而是先集中火力在曰军的阵地上突破一点，乘机推进的部队立即把点燃的树枝和烟雾弹投掷在阵地的前沿，遮挡住敌人的视线。地堡和坑道里面的曰军因为目不能视物，射击的准确度大幅度降低，使火力网出现缺口，攻击部队戴着防毒面具越过封锁线，然后分成战斗小组，逐层肃清曰军的地堡和坑道。
由于香山的曰军地堡群已经在第一天的战斗中损毁了一部分，再加上攻击部队的措施得当，只伤亡了百余人就成功登顶，而藏山矶也只伤亡了两百多人就拿了下来。
前两个阵地被顺利拿下的消息传到指挥部之后，几个师长都认为接下来的战斗将没有任何悬念，马当要塞的曰军肯定坚持不了多长时间，然而，敌人用自己的顽强给他们上了沉重的一课——任何时候都不要轻视你的对手！
暂编第２７师的两个营在炮火和烟雾的支援下，顺利突破了曰军的第一道防线，推进了两百多米，连续拔除了四十多个地堡，让攻击部队没有想到的是，曰军并没有龟缩在坑道和地堡里面死守，而是利用这段时间集结了三个中队的兵力发动逆袭！
凶悍的曰军没有使用防毒面具，而是用湿毛巾裹住口鼻，保证了身体的灵活姓，当大群曰军突然瞪着通红的眼睛从烟雾之中冲杀而出的时候，中[***]队猝不及防，最前面的数十名战士随即被刺倒在地！紧接着，数十名*从曰军的队列中狂奔而出，纵身跃入人群当中，接二连三的爆炸之后，两百多名战士又倒在血泊之中！攻击部队无法组织起有效的抵抗，只好连连后退，一度退到山脚下，最后在重炮的支援下拼死反击，才将阵地巩固。
很快中[***]队就发现，随着逐渐升高的地形，曰军构筑了密如蚁穴的地堡和纵横交错的坑道网，凭借着这些工事抵抗是越来越顽强。开战三个小时之后，最先投入的两个主力营伤亡率高达５０％，只好撤下去修整，调一个团上来接替。
马当要塞的曰军指挥官显然非常狡猾，在利用坚固堡垒消耗、迟滞中[***]队的同时，不断发动逆袭，使攻击部队每前进一步，都要付出巨大的代价，战斗已经成为不折不扣的消耗，攻击部队只能一米一米地向前推进。由于攻击部队屡屡落入曰军交叉火网，伤亡极其惨重，连、排长伤亡殆尽，许多连队连长由少尉或上士担任，而排、班长大都由普通士兵担任。中[***]队必须逐一消灭侧翼的曰军阵地，解除侧翼威胁，才有可能向前推进，所以战斗异常残酷、激烈。
经过整整八个小时的苦战，暂编第２７师连续换上三个主力团之后，才把战线推进到距离山顶一百米远的地方，但所付出的伤亡是巨大的，有两个营的官兵非死即伤，几乎全军覆没。
眼看山顶在望，攻击部队立即高歌猛进，一鼓作气冲到山顶，然而，却中了曰军的圈套！战士们刚刚攻上山头，侧翼曰军立即以密集火力封锁了退路，然后，用布置在山背后的迫击炮把所有的十几颗毒气弹全部投射在山顶上，紧接着，数百名戴着防毒面具的曰军嚎叫着冲出地堡，乘着中[***]队佩戴防毒面具的时间，疯狂进攻，把贸然冲上山顶的两百多名战士尽数消灭。
最后，廖启荣只好命令重炮旅把超过三千发炮弹倾泻在已经不足千米的曰军阵地上，把这里的每寸土地都掀翻过来，然后命令攻击部队采取步步为营的方式攻击前进，一点点向山顶推进，经过四个小时的苦战之后，终于把曰军的最后一个地堡拔掉，这时候，已经是午夜时分，发起进攻的时间已经过去了整整十六个小时！
此战虽然全歼了马当要塞的守军，但是暂编第２７师却伤亡了三千