師一部於5月6日進至武岡西南，遂與堅守武岡之第4方面軍第58師，內外夾擊日軍，日軍損傷甚重，向東北方向潰退，武岡之圍被解。該師另一部於5月6日攻克新寧城。

16日，日軍第34師一部約3000人，由全縣向新寧反撲，被阻止。此後，中國軍隊以全力向東追擊。

在邵陽方面，4月9日起，日軍第47師、第116師由邵陽地區分4路向西進犯。一路4000餘人由黑田鋪向三口關進攻，遭到三口關守軍阻擊後，於29日進抵洋溪橋附近，傷亡甚重，進攻受挫。其第2路約4000人於4月12日由邵陽向巨口鋪突擊，28日突破中國守軍第63師的防禦，28日進至上查坪，30日再向現江等地進攻，遭中國守軍第57師及暫編第6師的協合抗擊，進攻受阻。第3路約4000餘人，4月11日，由邵陽向小塘攻擊前進，16日進至白馬山，17日突至放洞附近，遭中國守軍第51師抗擊，攻勢受挫。日軍第4路約3000人於4月13日強渡資水後，18日侵佔桃花坪，26日進抵洞口附近，遭到守軍第58師的有力打擊，進攻停頓。

中國軍隊第4方面軍對日軍實施的逐次阻擊，已將日軍之進攻阻滯於巫水以東之江口、洞口、武岡一線地區。為向日軍實施反擊，第4方面軍遂令第18軍星夜由常德地區南下，令新編第6軍於芷江地區集結待命。第3方面軍令第94軍由湘黔邊境向武岡以西的武陽地區快速前進。各部隊於4月底至5月初，先後到達指定地點。

5月6日，第4方面軍挫敗日軍第116師主力約6000人向江口、青巖等地的進攻後，在空軍的有力支援下，於8日向日軍實施全線反攻。

10日，第74軍向半江峰、洞口之線突進，日軍殘部約3000人倉惶向金龍砦附近地區撤退。第4方頁軍乘勝以第18、第73、第74軍等部，向日軍展開截擊、追擊。日軍傷亡慘重。19日其殘部1000餘人向東突圍，在龍潭鋪附近地區遭第18軍第118師與第73軍第193師截擊，傷亡甚重。5月8日，進至放洞地區之日軍遭中國軍隊第100軍轉殲，傷亡較大，殘部700餘人突圍至白馬山附近，再次遭到包圍。至16日，該股日軍全部被殲。至6月7日，日軍所佔地區全部收復，第4方面軍恢復了會戰前的態勢。在此次會戰中，中國空軍以駐湘西、滇東、川東的芷江、陸良、梁山（今梁平）等地之第1、第5、第2、第3大隊各一部，聯合美國空軍頻繁出擊，僅第5大隊即出動942架次。由於中美空軍掌握了制空權，緊密配合陸軍向日軍突擊和追擊，使敵傷亡慘重。同時，廣泛襲擊日軍漢口、岳陽、湘鄉、長沙、邵陽、新市、歸義、衡陽、羊抽司、新寧、湘陰、零陵等地空軍基地、倉庫橋樑及重要交通線，部分地癱瘓了日軍的運輸補給，對會戰取勝起了極重要作用。

湘西會戰，日軍第20集團軍在整個戰略形勢不利的情況下，以冒險的進攻開始，以狼狽的潰逃告終，遭沉重的打擊和徹底的失敗，傷亡達2。4萬餘人。中國第4第3方面軍作戰指導得當，反攻行動有力，基本上實現了預定作戰計劃。作戰中，陸空軍協同密切，空軍對地面作戰有效地實施直接火力支援，大量殲滅和擊潰了進攻的日軍，使敵遭嚴重損失，對雙方軍心士氣，影響甚大。日軍防衛廳防衛研修所之戰史，對此次日軍之慘敗有如下敘述：

“5月13日晨，第109團的先頭兩個營進入了馬脛骨，其餘主力進入其北側，但後方的兩個營被望鄉亭附近之敵切斷進路而陷於孤立，並遭到包圍攻擊，陷入苦戰。部隊因缺乏彈藥，只好進行白刃戰，糧食也已吃完，只能以雜草和水充飢。連日激戰，損失極大，戰力顯著減退。”“5月15日，步兵第109團，當時處境危殆已極，據副官生沼逸大尉回憶，5月14日彈盡糧絕，四周皆敵，團已準備‘玉碎’。”“當時，師（第116師）已處在敵軍的完全包圍中。師長向各部隊發出訓示，說明當前只有殺出一條血路，以完成撤退作戰。”＇〔日〕防衛廳防衛研修所戰史室：《1945年的中國派遣軍》（2），朝雲新聞社，1983年版，第270、葦281頁。＇

日本戰史敘述日軍第116師瀧寺團在1945年4月25日記載該團的傷亡情況：

“團經過連日激戰，各營均有不少軍官傷亡，士兵亦相繼陣亡，尤其缺乏彈藥，戰鬥力逐漸下降。而重慶卻增強了兵力，在活躍的空軍呼應下，反覆而執拗地進行了反攻。我方傷亡如下：第1營軍官以下合計傷亡125名。第2營軍官以下合計傷亡246名。