从8月下旬起，会战进入第二阶段，日军分别沿长江两岸、南浔铁路（南昌一九江）和大别山麓，展开全面进攻。
在长江两岸，日军第11集团军司令官冈村宁次中将指挥4个师和1个支队沿长江两岸由东向西进攻。位于北岸的第6师从黄梅向广济进攻，9月17日下广济，后遭到中国守军顽强抵抗，激战旬余，29日才占领田家镇要塞。位于南岸的第9、第27师和波田支队由九江向西，沿长江向瑞昌方向进攻，8月24日占瑞昌，后遭到中国守军节节抵抗，至9月24日始克码头镇和富池口要塞，1o月9日再渡富水夺占阳新、大冶，并进至阳新至刘仁八之线，与守军第九战区第2兵团形成对峙。
为保障西进日军南侧翼的安全，日第106、第101师等部从九江南下，沿南浔铁路向德安方向进攻，8月20日分别被中国第九战区第1兵团阻击于沙河附近和庐山东麓。9月3日，第106师在第9师一部接应下，突破第1兵团防线，攻占马回岭。9月25日，日军第106军3个团开始从马回岭西进，经闽家铺、何家山，南攻万家岭守军阵地，企图从西南迂回包围薛岳第1兵团德安阵地，反被第1兵团急调来的6个师包围在德安西北20公里的万家岭地区。9月末，中国军队发起猛烈反击，日军急调第27师一部南下增援，被阻于永武公路的王家岭附近。10月7日，中国军队发起总攻。日军尽管苦战，最终难逃被围歼的命运。战至10日，仅部分日军突围。此役歼灭日军约4个团，击毙3000余人，史称“万家岭大捷”。
在大别山麓，日军第2集团军的3个师于8月下旬从合肥分南北两路发动进攻，一部沿大别山北麓经商城攻武汉，一部沿淮河南岸取信阳迂回武汉。守军第五战区第3兵团依托既设阵地进行了顽强的抵抗，鏖战月余。
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