迅速北进，于8日占领枣阳，李宗仁的第五战区长官部被迫迁往老河口。
此时，第31集团军和第84军东、南两侧是日军第三师团主力，北侧是第三师团铃木支队，西侧是第十三、第十六师团，被日军四面包围！虽然张自忠的第33集团军此时位于日军第十三、第十六师团的西侧，但是该部在徐州会战和武汉会战中伤亡重大，还没来得及补充，战斗力大不如前，指望他们解围是不切实际的。
蒋介石慌了，急忙命令第31集团军和第84军占领枣阳以北的阵地，不得已时可向南阳或老河口方向撤退；同时命令第一战区的孙连仲第2集团军火速南下解围。第2集团军把主力集中在新野、邓县，一部留置南阳以防日军切断第31集团军向北的退路。
10日，日军骑兵第四旅团攻占新野。汤恩伯不敢怠慢，赶紧命令部队向方城、泌阳转移。从枣阳撤向方城、泌阳必须经过唐河县（新野东北40多公里），如果新野的日军骑兵第四旅团占领唐河，那么****向北的退路将被彻底切断，孙连仲急忙命令一个团于11日抢先占领了唐河。日军骑兵第四旅团随后赶到，在唐河与****展开激战。12日，日军骑兵第四旅团占领唐河，第三师团占领桐柏，而此时第31集团军和第84军大部已经到达方城、泌阳，跳出了日军的包围圈。
既然主力已经处于外线，蒋介石悬着的一颗心终于放下，李宗仁则下令全线****。孙连仲第2集团军、汤恩伯第31集团军****南阳、唐河，张自忠第33集团军****枣阳。
冈村宁次没能达到围歼****精锐的目的，这次作战行动其实已经失败了。经过十几天的连续作战，日军减员严重，战斗力已经大不如前，而且供给不足，后勤补给线面临被****切断的危险，冈村宁次决定见好就收，于12日下令撤退。
日军在撤退过程中遭到****的追击和阻击，直到24日才撤退回原驻防地区。此次会战，第五战区仅丢失了随县，其他地区均恢复到了会战前的态势。