當時，多田駿陸續抽調了第21、27、33、32、110共五個師團和大量技術部隊（比如重炮聯隊、飛行集團、裝甲部隊等）參與圍剿三分割槽。

在具體戰術方面。參謀長山下奉文吸取以往圍攻失敗的教訓，改變以前長驅直入的戰術，制定了先分進合擊、逐步推進、壓縮包圍，爾後分割“清剿”、各個擊破的打法，給三分割槽帶來了極大的損失。特別是在對付地道時，日軍喪心病狂地使用了大量毒氣，又燒屋毀田，實行“三光政策”，整個三分割槽幾乎被日軍夷為平地。

面對來勢洶洶的強敵，三分割槽軍民們沒有屈服。他們在司令員段雙虎和第116師師長趙紹宗的率領下。與來犯之敵展開了殊死決鬥。戰況一度非常慘烈。激戰中，第116師部遭到日軍空襲，趙紹宗師長不幸為國捐軀。三分割槽政委郭墨村也在日軍炮擊中壯烈犧牲。

在之後的戰鬥中，為了掩護群眾轉移。三分割槽主力第七團遭受重創。部隊最後被打散。團長朱佔魁重傷被俘。該團傷亡超過一千人。

主力第九團江東昇部被日軍重兵合圍。該部與日軍激戰三晝夜，團長江東昇、政委唐葆衡、副團長左清臣及以下官兵兩千三百餘人最後幾乎全部打光，僅政治部主任劉佩榮等十餘名重傷員被老鄉冒死背了出來。傷愈之後又重新回到了部隊。

在這樣殘酷的鬥爭中，有不少人猶豫了，動搖了，甚至不惜背叛祖國和民族。其中就有三分主力第八團團長柴恩波。他殺害了前來督戰的三分割槽副司令宮長海以及八團幹部戰士二十餘人，然後率親信投敵，後被除奸隊刺殺。

面對日軍的白色恐怖和慘烈的犧牲，廣大軍民們擦乾眼淚仍舊在頑強地堅持著。將士們依靠老百姓和永清地下長城，不斷向日軍小股部隊出擊，無日不戰，無處不戰，給日軍造成了極為慘重的損失。日軍雖然一度控制了三分割槽大部分城鎮，卻要承受平均每天高達500人的傷亡。

雙方激戰一個月之後，日軍也是筋疲力盡，為其侵略行徑付出了極大的代價。據華北方面軍戰後統計，僅京津保地區（即三分割槽）戰死、戰傷、戰病（作戰期間人很容易生病）、失蹤，總計超過了三萬人，最後不得不黯然收兵。

與此同時，鄭衛國親自指揮的冀察戰區主力也清除了日軍的水兵部隊，並擊潰了一度攻入根據地腹地的第34師團和獨立混成第七旅團。其中獨立混成第七旅團由於冒進，幾乎遭到了毀滅性的打擊。

西線的第10師團、第14師團也因為傷亡過大，後勤不濟等原因不得不先後退出了根據地，隨後乾脆放棄了安陽、邯鄲、邢臺，全面收縮至石家莊以北地區。

至此，冀察戰區取得了第二次“反掃蕩”的全面勝利，也讓鄭衛國重新坐穩了晉冀戰區總司令和冀中軍區司令員的位置（因為戰鬥中損失過大，各方面都有讓他下臺的意思）。

值得一提的是，第三十九集團軍司令官石友三見日軍勢大，竟然暗中與敵人勾結，密謀叛變。幸被其部下，新八軍軍長高樹勳及時查覺。當時石友三的勢力很大，而鄭衛國等友軍又被日軍牽制，無法來援。高軍長只好暗中佈局，以老長官孫良誠的名義邀請石友三赴宴，然後將其活埋在黃河邊上。

石友三被殺以後，其舊部在石友三的弟弟石友信的率領下譁變投敵，並圍攻高樹勳部。幸虧當時冀中的日軍已經退兵，鄭衛國得以派兵增援。危難關頭，援兵終於趕到，與新八軍裡應外合，全殲了石友信所部。

鄭衛國隨後電請軍政部，舉薦高樹勳接任第三十九集團軍司令官，下轄新八軍、第69軍（原石友三部的番號）、第57軍。

其中第57軍原本是東北軍繆澄流所部，為了搶奪第四十一集團軍的控制權和分化東北軍，常凱申委員長任命繆澄流、鄒作華擔任第四十一集團軍副司令。第五十七軍軍長一職則由原副軍長樸炳珊接任。

在此次反掃蕩作戰中，第57軍傷亡也較大，且多次瀕臨絕境。時任第57軍副官處長的李亞藩叛逃，並被日軍任命策反專員。專門勾引東北軍各部軍官。不少意志不堅定的軍官紛紛上鉤，其中就包括第57軍前後兩任軍長繆澄流和樸炳珊。

繆澄流假借安撫舊部的名義，偷偷與樸炳珊密謀叛變，企圖自立於冀魯邊地區。樸炳珊遂命第六六五團團長董翰卿、參謀處上校科長於文清與日軍第27師團代表大尉參謀辛修三、顧問新容幸雄談判，議定互不侵犯、共同防共密約。雙方約定各據點互不撤兵，互通情報，並規定了地上空中的聯絡訊號：遇飛機來襲，以白布鋪地，用阿拉伯“5”