下午2时，原本准备加入陈诚反击尾高的2个军被薛岳‘借用’投入正面战斗，导致稔彦投入最后一个预备师团第师团外，同时只能收罗‘双一’的残部临时编组成一个支队担任后方掩护；而冈村放弃了聊城附近阵地将部署在那里的第40师团等部一起扫入战场，迫使蒋鼎文将他的最后一个预备队第7军投入作战、同时向战区求救。
时余，日军出乎**意料的提前出现在西戎，原来尾高在攻克索堡镇后直接率领后续第9、第师团东进，从而给自己争取到时间；此时击溃少量守军后尾高亲率前锋第师团迅速东进，第9、第9师团逐次在左右两翼展开，第师团跟进。军及4个师团的辎重，还有第、9师团各一部都交给尾随的第0师团强攻涉县，试图击退第军打通大路。
4时，主战场上双方都已将临近可用之兵力全数投入战斗，日军的工兵、辎重甚至失去大炮、战车的特种兵部队也投入撕杀，而**不但将辎重后勤部队投入战斗，薛岳连几个集团军司令部人员也投入战场，**死伤已超过5万；日军损失虽不足一半，但对兵力远少的日军而言也早已不堪承受。
天黑前最后一个小时，中日双方的大部分将士已无体力再战，不约而同停止了进攻，除下午投入的几支新锐部队还在利用白天的最后时间进攻外，大部分战线上逐渐稳定下来。陶、张指挥的北集团被稔彦亲率的精锐压了回去，但薛岳自率的东集团却突进不少，将第5、第0师团这两个饱受沙林毒气打击的师团几乎从日军中割裂出来；冈村的进攻在北部较为成功，击破第6军的防线突入纵深，但第5军这支出身绿林的镇嵩军却死死守住阵地，也导致蒋鼎文利用这一有利态势从南路发动反攻将冈村的南翼击退。而东边李宗仁和鸠彦的混战也以犬牙交错而逐渐停息，双方皆是死伤惨重。
随着暮色来临，大部分中日两军各自收缩准备夜间防御和休整，唯独彻底轻装的尾高龟藏率领4个师团已逼近固镇，沿途少量分散**或亡或逃。
