從4月底到5月初，日軍征調(diào)頻繁，并制造種種謠言，以此為掩護完成了進攻中條山的部署：“第36、37、41師團及第3、9獨立旅團，偽24師，分布于中條山西面之絳縣、橫嶺關(guān)、聞喜、夏縣、安邑、運城、解州、永濟、風(fēng)陵渡、河津及聞喜、夏縣以北各地區(qū)。第33師團附第4獨立旅團分布于陽城、芹池、沁水一帶。第35、21師團及偽軍張嵐峰、劉彥峰分布于溫縣、沁陽、博愛、董封、新鄉(xiāng)、焦作、高平、長子、陵川等地區(qū)?！?/p>

與日軍在中條山地區(qū)積極部署的同時，重慶國民政府軍事委員會根據(jù)“保守要地，力圖持久，奠安內(nèi)部，爭取外援”的指導(dǎo)要領(lǐng)，確定了“加強中條山及潼洛工事，積極訓(xùn)練”的戰(zhàn)略原則。有鑒于此，4月中旬，參謀總長何應(yīng)欽到一戰(zhàn)區(qū)巡視（時任第一戰(zhàn)區(qū)司令長官衛(wèi)立煌因拒絕反共摩擦，受胡宗南等人排擠，不見諒于蔣介石，于1941年春到重慶述職后，借故請假逗留峨嵋山未歸）。4月18日、20日，在洛陽的第一戰(zhàn)區(qū)長官部，何應(yīng)欽連續(xù)兩次主持召開了由第一、第二、第五戰(zhàn)區(qū)軍以上長官參加的軍事會議。根據(jù)各方提供的情報，何應(yīng)欽判斷：“晉南之?dāng)?，似將逐次奪取我中條山各據(jù)點，企圖徹底肅清黃河北岸之我軍，然后與豫東之?dāng)诚嗪魬?yīng)，進取洛陽、潼關(guān)，以威脅我五戰(zhàn)區(qū)之側(cè)背，或西向進窺西安。”指示：“為確保中條山，（一）第一步，應(yīng)相機各以一部由北向南（93軍），由東向西（27軍），與我中條山陣地右翼各部，合力攻取高平、晉城、陽城、沁水間地區(qū)，以恢復(fù)廿九年四月前之態(tài)勢。（二）第二步，與晉西軍及第二、第八戰(zhàn)區(qū)協(xié)力，包圍晉南三角地帶之?dāng)?，而殲滅之。（三）最低限度，亦須能確保中條山?！?月28日，國民政府軍事委員會進一步做出日軍有從濟源、橫皋大道會犯垣曲企圖的判斷，決定：（一）加強陣地工事破壞阻塞主陣地前道路；（二）先制出擊打破敵之攻勢；（三）第二戰(zhàn)區(qū)晉西部隊向同蒲、第五戰(zhàn)區(qū)汜東部隊向隴海牽制策應(yīng)。在上述判斷指導(dǎo)下，中條山地區(qū)的國民黨軍隊主力7個軍進行了相應(yīng)配置：第9軍裴昌會部在豫北重鎮(zhèn)濟源；第43軍趙世鈴部在山西南端之垣曲；第17軍高桂滋部在絳縣地區(qū)；第3軍唐淮源部、第80軍孔令恂部在聞喜、夏縣地區(qū)，第98軍武士敏部在董封鎮(zhèn)一帶，第15軍范漢杰部在高平地區(qū)。另以4個軍配置于太行、太岳地區(qū)，作為策應(yīng)。

1941年5月7日，自感穩(wěn)操“勝券”的日軍，于傍晚時分突然一齊出動，由東、西、北三面“以鉗形并配以中央突破之方式”進犯中條山地區(qū)。東線，日原田雄吉中將指揮的第35師團主力、田中久一中將指揮的第21師團一部，以及騎兵第4獨立旅團一部，約25000余人，在偽軍張嵐峰、劉彥峰部的配合下，沿道清路西段分三路向濟源、孟縣進犯。西線，日安達二十三中將指揮的第37師團主力、井關(guān)仞中將指揮的第36師團一部、若松平治少將指揮的獨立混成第16旅團，約25000余人，自聞喜、夏縣東南向張店鎮(zhèn)進犯。北線，日清水規(guī)矩中將指揮的第41師團及池之上賢吉少將指揮的獨立混成第9旅團共約30000余人，以中央突破之閃電戰(zhàn)術(shù)，由橫嶺關(guān)方面向橫垣大道西側(cè)猛攻。東北線，日櫻井省三中將指揮的第33師團一部及獨立混成第4旅團一部，約萬余人，從陽城方面向董封鎮(zhèn)一線攻擊。第一戰(zhàn)區(qū)司令長官部根據(jù)情報，針對日軍分兵合擊，襲擊我通信聯(lián)絡(luò)及各級指揮部；以重兵攻占各交通要點，切斷我軍聯(lián)絡(luò)，各個擊破；封鎖山口、渡口，逐步緊縮包圍圈，完成合擊的企圖，“于會戰(zhàn)前，經(jīng)以辰東誠電令各部以交通線為目標(biāo)，加緊游擊襲破，妨害敵之攻擊準(zhǔn)備及兵力集中”。但因戰(zhàn)區(qū)主帥缺位，上述命令未能得到有效組織施行，致使“會戰(zhàn)開始第二日，因情況劇變，敵之來勢極猛。當(dāng)嚴令各部應(yīng)力?，F(xiàn)態(tài)勢，粉碎敵蝕食中條山企圖，誘敵于有利地帶，轉(zhuǎn)取攻勢，而夾殄之”。各部倉促應(yīng)變，分別與各路日軍交戰(zhàn)，中條山戰(zhàn)役正式打響。

東線：日軍“左翼以溫縣為發(fā)起點，先頭步兵5000以上，騎兵千余，炮20余門，飛機數(shù)十架，戰(zhàn)、汽、裝甲等車共百余輛，沿黃河北岸突進?！薄爸醒胍郧?、博為發(fā)起點，一股先頭千余，循沁濟大道西犯”，“另一股先頭2000余人，附炮十余門，于竄陷西向義莊后，繼向捏掌、紫陵、東逮寨、留村一帶猛撲?！薄巴瑫r，沁河北岸3000余人，以飛機十余架，炮二十余門，強渡沁河?！笔剀姷?軍裴昌會所部在強敵進攻下施行節(jié)節(jié)防御，節(jié)節(jié)后撤。8日午，即放棄濟、孟兩地，向西撤退。在全線潰退的形勢下，第一戰(zhàn)區(qū)長官部命令第9軍“以主力于封門口北既設(shè)陣地，拒止沁、濟之?dāng)澄鞣?，以一小部對敵?cè)擊”。第9軍部署新編第24；師主力、第54師張團守封門口一線，第47師和第54師駐王屋的獨立第4旅等在孤山一線游擊。封門口系日軍西進必經(jīng)之要隘，日軍勢在必奪。久攻不下，再行增兵。自9日上午激戰(zhàn)至10日晨，終為敵破。這時，中路日軍已于8日晚攻陷垣曲縣城后，分兵進攻邵源。長官部命令第9軍主力“由官陽南渡，以策應(yīng)河防”。11日，日飛機百余架轟炸封鎖官陽東西渡口，第54師在遭受重大傷亡后渡至河南，其余各師團退至封門口至邵源以北山地。12日，該路日軍一部占領(lǐng)黃河沿岸各渡口；主力則沿封門口西進至邵源，與從垣曲東進之?dāng)硶?，完成了對國民黨第14集團軍的內(nèi)線包圍。

西線：是日軍的主攻方向?！笆剀姙榭琢钼牡?0軍第165師（師長王治岐）和新編第27師（師長王竣），唐淮源的第3軍第7師（師長李世龍）和12師（師長寸性奇），以及直屬第5集團司令部指揮的公秉藩第34師?！?日下午，日軍“分多數(shù)縱隊，成廣正面法，集中機炮火力，并以飛機誘導(dǎo)步兵，向我西村、辛犁園、王家窯頭、梁家窯頭王竣師右翼80團（唐、孔兩軍接合部）陣地猛攻。另以獨3旅附37師團一部，向劉家溝、古王、計王王治岐師全面佯攻，牽制激戰(zhàn)”。8日凌晨，日軍突破張店以東第27師防線，孔、唐兩軍聯(lián)系被切斷。第27師潰退至曹家川、太寨一帶。與此同時，奉命到望原集中的第80軍第165師在遭到日軍襲擊后也退至曹家川、太寨一線。乘隙而進的敵＃＃?？v隊于當(dāng)晚占據(jù)茅津渡以下的槐扒、尖坪、南溝等渡口；最遠的一支進到平陸、垣曲、夏縣三縣交界處。9日正午時分，第80軍所部遭敵便衣襲擊和飛機轟炸掃射，進一步潰敗?！霸谝粓龌鞈?zhàn)中，新編第27師師長王竣、參謀長陳文杞及165師姚汝崇營長等多名軍官犧牲在太寨村西的雷公廟嶺附近。剩余部隊傍晚退到黃河渡口南溝?！钡?0軍軍長孔令恂、第165師師長王治岐棄部渡過黃河，失去指揮的部隊爭相競渡，傷亡慘重。新編第27師副師長梁汝賢見事不可為，投河殉國。

夏縣日軍先頭部隊7000人分三股南向進犯唐淮源第3軍陣地。8日拂曉，日軍攻占中條山北山交通要道泗交村。然后，一路向西北奔襲第7師師部駐地王家河，一路向東南奔襲第3軍軍部唐回。王家河遭日軍重兵包圍，師長李世龍率部突圍；唐回則在軍長率預(yù)備隊馳援王家河的情況下被日軍地面部隊與空降兵協(xié)同占領(lǐng)。第3軍軍長唐淮源率殘余人員向東撤退至溫峪（南通五福漳黃河渡口）一帶，被日軍擋住南去之路，遂與敵激戰(zhàn)，遭受重大傷亡后，再向東北、西北方向退去。12日唐軍長及其所部在尖山陷入日軍的四面包圍之中。在三次突圍失敗的情況下，“唐軍長以保衛(wèi)中條山職志未遂，當(dāng)前大敵未殄，于尖山頂廟內(nèi)自戕殉國”。同日，第3軍第12師在突圍至胡家峪后遭日軍截擊，師長寸性奇胸部中彈，身負重傷，仍率部苦戰(zhàn)。13日，寸部亦陷日軍重圍，寸師長二次負傷，右腿被敵炮炸斷，自知無力回天，亦拔槍自盡。繼忻口戰(zhàn)役第9軍軍長郝夢齡與第54師師長劉家祺之后，再寫一軍之中軍、師長同時殉國的悲壯史詩。

“還有聞喜敵36師團先頭部隊3000余人，向公秉藩第34師防守的野峪、十八坪、唐王山等陣地猛攻，并迅速攻陷唐王山。公秉藩組織部隊反攻，收復(fù)唐王山周圍陣地，但因其右翼友鄰部隊防線被突破，第一戰(zhàn)區(qū)司令長官部又令公率部馳援馬村（按：馬村系第5集團軍司令部所在地），第34師便放棄唐王山陣地，退至胡家峪。”

北線：這里是中條山地區(qū)國民黨曾萬鐘第5、劉茂恩第14兩個集團軍的接合部，日軍的戰(zhàn)略意圖在于迅速攻占橫（橫嶺關(guān)）垣（垣曲）大道，直取垣曲縣城，對守軍兩個集團軍實施分割包圍，各個殲滅。戰(zhàn)役一開始日軍即以重兵向橫垣大道兩側(cè)猛攻。駐守橫嶺關(guān)東北側(cè)的趙世鈴第43軍、西南側(cè)的高桂滋第17軍同時遭受日軍重兵打擊。激戰(zhàn)至8日拂曉，第43軍十八坪陣地被突破，堵?lián)魺o效。軍長趙世鈴下令放棄陣地，撤向望仙莊一線；第17軍雖依靠工事和有利地形進行了較為有效的抵抗，終因左右兩翼皆被敵突破，不得不退出防線。日軍則在一舉突破守軍防線后，兵分兩路：“一路沿桑池、賈家山、杜村河南下（桑池守軍第15軍一部潰逃）；一路沿亳清河南下，經(jīng)皋落、長直、王茅，直取垣曲縣城?！薄?日黃昏，日軍在傘兵部隊配合下，占領(lǐng)黃河岸邊的垣曲縣城，截斷了與黃河南岸的聯(lián)系。日軍實現(xiàn)了中間突破計劃，中條山國民黨軍隊被分割成兩半。9、10兩日，日軍分兵兩路，一路向東，一路向西，東路于12日晨攻克邵源，與濟源西進日軍會合；西路于11日進至五福澗，與9日攻占五福澗的日軍會合。至此，日軍的內(nèi)層包圍圈完全形成，中條山守軍黃河沿線的補給線和退路全被截斷。”

東北線：駐防這一線的國民黨守軍主要有第14集團軍司令部、武士敏第98軍，以及第15軍、第93軍等部。7日晚，日軍向武士敏第98軍發(fā)起進攻，武軍長率領(lǐng)所部拼死抵抗，在董封東西線上與敵激戰(zhàn)，多次擊退日軍進攻。王村一戰(zhàn)，將敵2000擊潰，斃敵濱田大佐以下700余人。10日，第一戰(zhàn)區(qū)司令部鑒于“濟源、垣曲間各主要渡口漸次被敵封鎖，該集團整個補給線中斷”的事實，命第14集團軍“陽城以西部隊主力，迅向沁翼公路以北分路轉(zhuǎn)移，以旋回鉆隙戰(zhàn)法，打擊敵人側(cè)背。卯刻，該集團軍全面與敵發(fā)生激戰(zhàn)。申刻，交口之?dāng)酬懤m(xù)增至三四千，竄陷清風(fēng)圪塔、煤坪。同時第10師與第98軍接合部之二里腰，亦被約二千余之?dāng)惩黄?。而陷邵源之?dāng)常嘞蛭鞅本o迫，此時該集團軍三面有受敵顧慮?！备鞑吭谕粐螕糁邢虮背吠?。

在守軍全線潰退的同時，日軍以優(yōu)勢的兵力和猛烈的炮火占據(jù)了先機，迅速完成了第一階段的作戰(zhàn)任務(wù)——突破了中條山地區(qū)的全部防御陣地，先后占領(lǐng)了垣曲、濟源、孟縣、平陸等縣城及相關(guān)的關(guān)隘據(jù)點，封鎖了黃河北岸各渡口，完成了對國民黨軍隊的內(nèi)外側(cè)雙重包圍，隨即轉(zhuǎn)入第二階段的作戰(zhàn)——對數(shù)路中國守軍各陣地，反復(fù)掃蕩。以西線為例，日軍“各兵團自11日并排向北返轉(zhuǎn)，然后又自5月15日再次轉(zhuǎn)向黃河線，如此再三反復(fù)進行篦梳掃蕩，一直進行到6月10日。在這樣反復(fù)掃蕩期間，各兵團所到之處消滅了敵人（按：日方的說法，指國民黨軍）三千至五千名”。守軍主力在遭受慘重傷亡后先后突圍：第3、第15等軍殘部在第5集團軍司令曾萬鐘率領(lǐng)下西渡黃河，轉(zhuǎn)到洛陽、新安一帶整頓；第93軍主力在擺脫尾追的日軍后由禹門口渡過黃河進入陜西韓城境內(nèi)；第98軍一部在武士敏的率領(lǐng)下進入太岳山區(qū)；第43軍向浮山、翼城間轉(zhuǎn)進；第9軍主力在道清路西段和濟源山地游擊數(shù)天后，分別由小渡口和官陽渡口南渡；……國民黨中條山守軍大部退出中條山地區(qū)，中條山戰(zhàn)役落下了帷幕。

中條山戰(zhàn)役前后歷時一個多月，據(jù)日方的統(tǒng)計資料，國民黨軍隊“被俘約35000名，遺棄尸體42000具，傷亡超過8萬，有十余萬人失蹤。日軍損失計戰(zhàn)死670名，負傷2292名”。在國民政府公布的材料中，“綜合會戰(zhàn)，計斃傷敵官兵9900名”，我軍“共傷亡、中毒、失蹤官兵達13751員名”。中條山會戰(zhàn)被國民政府視為“最大之錯誤，亦為抗戰(zhàn)中最大之恥辱”。蔣介石稱中條山之役為“抗戰(zhàn)史上最大之恥辱”。