5月1日，驻钟祥、京山方向的日军第16、第13师和骑兵第4旅，在飞机、坦克的支援下，向钟祥以北中国军队阵地发动进攻。4日，日军突破长寿店两侧守军阵地，即以主力沿襄河东岸向枣阳方向突击。中国守军顽强阻击，并不断以襄河西岸的部队渡河侧击北犯日军，但终因日军装备精良、行动迅速，未能阻止其进犯。8日，日军占领枣阳10日，再占湖阳镇和新野；12日，又夺取了唐河，并一度占领南阳。此时，驻应山方向日军第3师主力发起进攻，连陷吴家大店、徐家店。4日，日军与中国守军第84军激战两昼夜后，又夺取了塔儿湾阵地。
中国军队被迫放弃高城向西转移，高城为日军占领。5日，日军第3师一部向天河口市发起进攻，并于两天后夺占天河口。8日，高城日军向厉山阵地发起进攻，守军第84军与敌展开激战。日军指挥官冈村宁次见进攻发展顺利，遂令驻信阳的第3师第29旅向桐柏进攻。12日，该路日军攻陷桐柏。在各路日军先后占领桐柏、高城、三阳店、唐河、新野一线，即将合围桐柏山、大洪山守军主力的形势下，第5战区司令长官李宗仁急令第31集团军主力会同第1战区第2集团军由豫西南下，向唐河、新野一带反击，同时，命令在大洪山、桐柏山担任游击任务的第39、第13军向唐县镇、枣阳攻击，牵制日军西进，命令襄河两岸部队堵截日军退路。13日，中国军队增兵南阳，先后克复唐河、新野。15日，各路援军发起攻击，经三日激战，重创日军。日军因苦战多日，疲惫不堪，遂向东南退却。19日，中国军队收复枣阳。23日，收复随县，随枣会战结束。此役，中国军队在兵力上占较大优势，能协同配合，但兵力使用欠灵活，曾一度处于被动局面，后经全军将士浴血奋战，恢复原态势。此役毙伤日军13000余人，达到了牵制消耗日军目的。
