果然！當日下午十四時，薛嶽就收到了蔣介石的命令，命其務必在十月九日二十四時前全殲該敵，結束戰鬥，作爲給“□□”的獻禮，於是十五時，薛嶽命令各部隊選拔勇壯士二百至五百人組成奮勇隊，擔任先頭突擊，同時各部長官一律靠前指揮，薛嶽自己也親臨一線督戰。
當晚十八時，經過中國軍隊的炮火準備，十九時整，十路奮勇隊全面出擊，各主力部隊緊隨其後，向箭爐蘇、萬家嶺、田步蘇、雷鳴鼓劉、楊家山等地全線攻擊。
望着挺身而出的奮勇隊官兵的慷慨赴死的壯舉，高飛的主動請纓被薛嶽直接拒絕了，還派遣了兵團警衛團監視其先遣部隊的動向，薛嶽絕對不能讓高飛這支尚未正式成軍的先遣隊在自己中手出問題。
薛嶽下令從各師中選派的精兵強將組成奮勇隊，於當日晚十九時從敵後偷襲敵軍，搶佔制高點，兩面進攻，十路奮勇隊的總隊長就是張靈甫，張古山的地勢險要，對在山上憑險據守的日軍極爲有利，在這樣的山勢前，靠仰攻拿下山頭是要付出極大傷亡代價。
由誰來擔任主攻？王耀武再此之前曾在師部召集旅團長們討論作戰方案的時候，已是第五十一師所部第一五三旅少將旅長張靈甫主動請纓，討論作戰方案的時候，衆人認爲張古山地勢險要，易守難攻，張靈甫拍案而起，大喝道衆人稱諸位看過《三國演義》，魏國大將鄧艾爲攻取成都，出蜀將之不意，帶精兵暗渡陰平，飛越摩天嶺，一舉攻克了江油、涪城和成都！我軍當可仿此戰例，大軍從正面進攻的同時，再挑選一批精兵強將，從人跡罕至的張古山背面進行偷襲，以收兩面夾攻之效。
於是，張靈甫親率一支突擊隊效法鄧艾輕裝出發，他們沿着後山絕壁攀木掛樹，在黑暗中披荊斬棘，穿過艱險的深山峽谷，老林惡水，從日軍疏於防範的張古山後山絕壁上進攻，飛奪張古山。
十路奮勇隊中的九隊在突擊作戰開始的十五分鐘就全軍覆沒，要知道這九支奮勇隊全部是由軍官、士官與有經驗的老兵組成的，王耀武爲了掩護張靈甫的奇襲，也只能拼了血本吸引日軍的注意力，張古山正面陣地上，進攻中的中國軍隊幾乎是在踏着堆積如山的屍體在一寸一寸的前進。
少將旅長親率敢死隊進行決死突擊，這在國軍之中也是不多見的，正所謂一將拼命，萬兵赴死！在張靈甫的激勵下，奮勇隊的隊員爭先恐後猛衝猛打，一舉復克張古山。
而後，不甘失敗的稻葉四郎爲了最後的生機，直接越過岡村寧次請求畑俊六出動全部能夠出動的作戰飛機，並用炮彈最後所存無幾的重炮狂轟濫炸，幾乎將張古山夷爲平地。
張靈甫則率部浴血死戰，與日寇鏖戰五天五夜，陣地得而復失、失而復得，反覆拉鋸，張靈甫親抵前線操起機槍向日軍射擊，身中七塊彈片，，鮮血直流染紅軍服依舊誓死不退下火線。