为加强东南沿海战备，决定向沿海增调九个师团，调一个军司令部至杭州。
为摧毁中国空军基地，令“华北方面军”从速攻占老河口附近地区；令第6方面军从速攻占芷江附近地区，另以一部协同华北方面军在老河口的作战；令第5航空军以一部支援老河口及芷江作战。
“华北方面军”决定由第12军担任进攻老河口的作战任务；同时令驻当阳的第34军第39师团由荆门向北，沿汉水以西攻占襄阳、樊城、谷城，配合第12军作战。
令驻山西的第1军一部从黄河南之陕县进行出击，策应第12军作战。规定1945年3月间开始行动。
3月19日，新任第五战区司令长官刘峙，判断日军的主攻方向为由漯河经舞阳向老河口、光化地区，便将决战地区选在白河、湍河之线或丹江、襄河之线，重点保持在左翼，乘日军渡越白河、湍河向老河口攻击时与其决战。
3月21日，军委会下达第一、第十战区策应第五战区作战的指示：
令第五战区先在泌阳、方城、南阳地区进行持久抵抗，适时转移至湍河、丹江间地区与日军决战；令第一战区在南召、李青店之线阻击日军，摧破其攻势；令第十战区袭击平汉路南段日军，破坏其交通。尔后再以第一、第五、第十战区之协力，包围日军于豫鄂陕边区而歼灭之。
3月22日拂晓，日军第12军各部队按照预定作战计划快速全面进攻。
24日，日军右翼第110师团及左翼第115师团，已分别由南召及南阳以南的三十里屯附近渡过白河，骑兵第4旅团则超越步兵第一线部队正向老河口突进。
26日，日军第12军令第110师团以主力进攻西峡口，以一部进攻淅川；令第115师团以主力进攻老河口，以一部进攻老河口西北约45公里处的李官桥，控制汉水上游；令步兵第87旅团进攻南阳，令骑兵第4旅团进攻老河口机场。
27日傍晚，骑兵第4旅团攻占了老河口机场。30日夜，第87旅团攻占了南阳城。第115师团之一部于29日占领了丹江东岸的李官桥。
4月1日和2日，中国守军进行反击。
日军骑兵第4旅团于31日及4月1日，连续向老河口发动攻击，均被中国守军击退，且受重创。第115师团主力于4月2日到达老河口外围，鉴于骑兵第4旅团遭到惨重打击，不敢立即发动进攻，经休整补充后，于4月7日拂晓发起攻击。
激战终日，日军多次冲击均被守军击退。日军先头第1中队基本被歼，其他中队被迫撤退。当晚日军又组织两次攻击，也遭失败。
4月8日10时，日军经整顿后再次发动猛攻，经过数小时激战、肉搏，日军以伤亡近四百人的代价，傍晚时分攻入城内。
中国守军分两部分，撤至汉水西岸和老河口以南地区。老河口被日军占领。
早在4月4日，******即电令第一、第五战区组织反攻，说日军补给仅能维持数日，天下雨路泥泞，战车难以活跃，此正歼敌最佳良机，希积极反攻。但当时守军各部正遭日军进攻，无力组织大规模反击。
4月12日夜，守军向光化、老河口、李官桥反攻，但均被日军击退。
4月28日，守军第22集团军一部曾一度攻至老河口城区，但因后继缺乏，被迫退回汉水西岸。此后双方形成对峙。
从3月22日至5月1日，中国空军及中美空军混合团共出动飞机1，047架次，其中轰炸机出动393架次，共炸毁日军火炮24门、战车36辆、卡车172辆、船只48艘、地面飞机18架，在空战中击落日机五架。中国空军损失五架。
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