1945年1月29日，駐南京的日本派遣軍總部下達了老河口作戰命令。3月開始，調動第三十九師團、一一0師團、一一五師團、戰車第三師團、騎兵第四旅團等3萬多兵力和100多輛坦克，選擇第一戰區與第五戰區結合部的薄弱環節，採取南北策應、中間偷襲的戰術，發動老河口戰役。
戰爭過程
3月20日，盤踞在荊門一帶的日軍第三十九師團提前行動，向襄樊進攻。3月22日拂曉，日軍第一一O師團，戰車第三師團吉武支隊，從河南葉縣、魯山一帶向南陽進攻。同時，調派一一五師團(師團長杉浦英吉)、騎兵第四旅(旅團長藤田茂)爲攻擊老河口的主力部隊。3月22日，此兩部隊從舞陽駐馬店一線向老河口竄犯，於3月26日夜到達境內竹林橋鎮。
此時，第五戰區統率的三個集團軍，有七個軍、十四個師，總兵力在10萬以上，均部署在南陽、鄧縣、新野、襄樊至棗隨一帶，老河口城區只有四十五軍的一二五師作衛戍部隊。日本的作戰準備爲第五戰區司令長官部偵知，劉峙連忙把司令長官部撤至均縣草店。3月27日，襄陽失守，新野、襄陽守軍退到漢西。3月29日，南陽、鄧縣淪陷，守軍退到淅川以丹江以西。四十五軍爲防守老河口的主力。當時一二七師還在隨縣大洪山，離老河口4百多華里。劉峙調一二七師加強老河口兵力。但這種"調遠水救近火之策"，路人皆說是"借異族滅異族"之謀。而駐老河口的一二五師當時有一個團回四川接新兵未回，在老河口僅有三七三和三七五兩團兵力。長官部另配給一個戰車防禦炮團。一二五師兵力部署是：師長汪匣鋒(四川簡陽人)率三七五團防禦老河口城區，副師長兼三七三團陳玲(又名陳仕俊、四川仁壽人)，率部佈防在光化縣城至馬頭山等前哨陣地。
3月27日晨2時，敵騎兵第四旅團長藤田茂在竹林橋下達進攻命令：西澤末俊大佐率騎兵二十聯隊(聯隊系混合兵種，相當團)主攻光化縣城及老河口北關;山下彥平大佐率騎兵二十六聯隊進攻馬頭山及飛機場;然後合力進攻老河口城。
3月27日晨4時，日軍兩個聯隊在光化縣城至馬頭山一線與三七三團發生激戰。上午，日軍騎炮四聯隊趕到，以炮火掩護進攻。三七三團因兵力分散，光化縣城逐被攻陷，守軍退入老河口城內。日軍二十五聯隊遂即攻城。因北關有一華里多長街道，日軍從兩邊民房中穿牆打洞，迅即接近北門(花城門)，把山炮置於離城門僅50米處，攻破了城門。在猛烈的炮火掩護下，一箇中隊衝入城內，守軍早已考慮到北關地形複雜，敵入容易接近，構築了大量工事掩體，加強防守。敵人一衝進來，守軍便大力拼殺，激戰一天，敵人三次衝鋒被打垮。藤田茂悲傷地承認："二十五聯隊蒙受了極大損失"。
日軍二十六聯隊也在炮火掩護下，幾次攻擊馬頭山，均被守軍擊退。下午，日軍重整隊伍，在炮火掩護下，採取橫向交叉，逐級爭奪戰術。經過激烈戰鬥，下午三時，山頭陣地被日軍攻佔，晚上六點半，機場被佔領。
3月28日，日軍增援了獨立步兵第三O大隊，其總兵力已達三個聯隊、一個獨立步兵大隊，約相當於一二五師兵力兩倍。在大東門至龍虎溝一線激戰，終日，三七三團寡不敵衆，全部退守城內。
3月29日，日軍繼續攻城。上午九時，又集中炮火向花城門猛轟擊，城牆被毀兩處，日軍一擁攻進40多人，三七五團團長黃宗凱立率預備隊截擊敵人後路，使進城的敵人成了甕中之鱉。炮兵十六團設在漢西唐家()的大炮也開始支援。經過一陣拼殺，把衝入之敵全部消滅。
是日晨，日寇還派出一支由30人組成的"挺進隊"，喬裝成中國軍隊，企圖迂回奔襲第五戰區司令長官部。挺進隊由櫻井元彥大尉帶領，改名李光良，假充國民黨軍某師參謀，帶領全隊沿漢水西上。行至蘇家河北蜂子溝，被縣義勇大隊識破，擊斃其9人，俘獲戰馬29匹和作戰地圖，櫻井面部受傷，狼狽逃回。
日軍經過兩日苦戰毫無進展。3月29日晚，從南陽調來第三戰車隊坦克20輛，參戰。
3月30日，日軍未進攻。守軍也趁戰鬥間隙，搶收修工事，街道上分段築路障，堵塞城牆缺口。
3月31日，是日軍攻擊最猛烈的一天，早上6時15分便發動了全面攻擊。先用炮火猛烈轟花城門一帶，繼以戰車分路掩護步兵蜂擁而上，一部攻進城內，佔領了幾條街道。守軍英勇反擊展開巷戰，首先擊毀敵車2輛，堵塞了戰車前進通道，又大力封鎖了突破口，使敵進退兩難，形成"關門打狗"之勢。陳玲副師長調動了所有機動兵力，在房頂、門窗、地面工事、構成立體火力網，打得敵人屍橫街巷退入幾座磚牆院內頑抗，我軍迫擊炮、燃燒彈一陣猛炸，營長林鐘喜帶領士兵，從房頂投下黃磷炸彈，使正在鑿牆的敵軍被燒得狂呼亂叫。敵入拼命外衝，又被機槍射擊，大批被殲。我軍一個正在煮飯的炊食兵，見到逃跑的敵人，也掄起菜刀，砍死二人。據日軍自認：二十五聯隊第二中隊長夏目大尉被炸死，騎炮中隊長鍛冶大尉被槍彈穿胸，中島曹長的機槍小隊全部戰死。聯隊長古澤大佐嚇得燒掉密碼本，準備"爲天皇效命"，最後爬牆僥倖逃脫。日寇二十六聯隊也以戰車開道，衝進了東門，守軍三七五團以猛烈炮火連續擊毀敵戰車3輛，余車調頭逃走，敵步兵失去掩護，亦倉惶敗退，第四中隊長被擊斃。是日從清晨戰至黃昏，將衝進城的日軍消滅了7百多個，擊毀其坦克5輛，守軍也付出了重大犧牲。
一二五師堅決抗戰，人民羣衆大力支持，當時漢水已被炮火封鎖，但夜幕降臨時，漢水西羣衆冒着生命危險，過河爲支部送給養，運彈藥，擡傷兵，徹夜不停。
4月1日晨，敵集中炮火，擊毀北門城牆，成隊衝入，守軍以機槍、手榴彈、刺刀拼搏半小時，將其殲滅。10時左右，守軍發現傷員負傷多在頭部，經望遠鏡觀察，發現敵在高樹上設射擊點，經調集優秀射手，集中打擊敵狙擊手，減少傷亡。
經過6天激戰，日軍死傷慘重，有的中隊全被消滅。騎兵第四旅喪失了戰鬥力;二十五聯隊的屍體、傷員也無力搬運。4月1日，由一一五師團接替，第四旅撤到李官橋。
4月2日，日軍又將花城門附近城牆打開一大缺口，衝進來100多來，守軍以輕機槍、手榴彈封鎖缺口，並以預備隊與攻入之敵又一次展開激烈巷戰。終將敵軍全部消滅。
是日午後，一二二師派黃伯亮率三六四團的兩個營前來增援，17時左右，加入城東北守備。
4月3日至6日，敵未強攻，只以大炮轟擊，戰車掩護部隊在城周圍麥地打轉。
6日下午，日軍又從南陽調來機動炮兵第三聯隊和野戰重炮第六聯隊，擁有10榴(即10釐米半口徑榴彈炮)12榴15榴多種口徑的大炮，射程不僅可以達到守軍陣地和封鎖漢水，而且守軍漢西的炮位也在射程之內。
同時，國民黨一二七師三八0團前來增援。一二七師在大洪山接到命令後，即由王澄熙師長(代軍長)率領全師向老河口進發。時襄樊已被日寇佔據，乃繞道雙溝，新野，由襄陽石橋進入張集。4月2日，與城內守軍一二五師取得聯繫，雙方商定一二七師攻擊馬頭山和光化縣城一帶，以解老河口之圍。但因敵人已在各山頭修了堅固工事，一二七師進攻紀頭山無重武器支援，不克。又無後勤供給，逐又繞道敵後，從溫崗孟樓間穿越公路，5日越過漢水到達三宮殿。幾經長途跋涉，官兵已疲憊不堪，但城內一二五師急需援軍，即由副師長何翔迥率領三八0團渡漢水增援，逐次加入城東北一線作戰。
7時敵一一五師又大舉進攻。它擁有5個獨立步兵大隊，兩個炮兵聯隊和一個戰車隊的兵力。拂曉，幾十門大炮一齊發射，東門至北門一帶炮彈密如雨點，幾路坦克掩護步兵衝鋒，並用重炮壓住了守軍的炮火，戰車上以配了工兵，把城牆炸開幾處大豁口，衝進一箇中隊，三八0團便集中手榴彈、機槍射擊，敵中隊長小島的眼睛被炸瞎。敵人左一級用去梯爬上城牆，亦遭到三六四團迎頭痛擊，死傷慘重，均敗下陣去。當天黃昏日軍又組織進攻，雙方炮戰異常激烈，H光彈照得如同白晝，幾十裏遠就能看到老河口一片火海。一直激戰到夜22點，日軍付出了重大代價，仍以失敗告終。
4月8日拂曉，敵人大炮轟擊約一小時，城牆被炸開幾丈缺口，數路戰車步兵攻擊。激戰一上午，我方仍堅守陣地。敵師團長極浦英吉親自督陣，指揮步、炮、坦克協同進攻;旅團長三宮滿治也趕到步兵位置督戰，羣炮集中城北角轟擊，情況十分緊急。守軍各機動部隊全部參加，師、團特務排也參加了戰鬥。戰至中午城牆數處被轟開缺口，敵人一輛坦克爬上了城牆，雖被我擊毀，但成了敵人的射擊掩體，居高臨下，控制了一線火力。守軍幾次衝鋒，皆未奪回。激戰至13時，敵入開始大沖鋒，城東北全錢展開激戰，因守軍無後援部隊，敵人大批涌入，經過雙方拼搏，都付出了重大傷亡。我戰炮營營長犧牲，三七三團第二營代營長杜德友、三七五團第一營營長張子儀、第三營營長範中先後負傷;三六四團和三八0團，有連長5人，排長13人陣亡。在此緊急情況下，仍無援軍到來，何翔迥、陳玲兩副師長與汪匣鋒師長在電話上商議，請示二十二集團軍總部批准撤退。逐且戰且退，直到17時，老河口全部失守。但未及退出的戰士，仍在與日寇拼搏，直到深夜，抵抗的槍聲始息。
此次戰役，以劣勢兵力和劣勢武器，抗擊日寇達13晝夜，共打死打傷日軍1668人(其中將校級軍官死8人、傷15人)擊毀坦克8輛，繳獲武器700餘件。守軍傷亡1600餘人。雙方都有飛機參戰。4月8日老河口淪陷。
據《中華民國史事日誌》，1945年4月8日，“鄂北日軍陷老河口”，4月13日“鄂北我軍克老河口”。第二，據日本防衛廳戰史室《大本營陸軍部，下冊》第554頁：“第110、115、坦克三師團、騎兵第4旅團等於3月22日發起攻擊。……於4月8日佔領。……但在佔領老河口後，又返回駐地。”雖然中日雙方用詞不同，但雙方記載均表明，在日軍攻佔老河口後不久，日軍就離開老河口。
戰爭結果
日軍侵戰老河口後，對未及逃走的市民實行血腥屠殺，計殺死男3869人，女440人;傷男1485人，女265人，共計傷亡6059人。劫走幼童226人。4月8時下午，日軍搜索，逢人便殺，萬奶奶家藏34人，全被殺害。4月13日，日軍在明家山韓坡一帶以誘騙手段，將騙回之陳家槐、王三秀、李大雲、五小等329人全部用刺刀殺死。對未及逃脫之婦女，不論老幼，肆意輪姦，被羞憤而死者知名知姓者就有27人。對各商號及鄉鎮居民之糧、油鹽、布、棉、鐵器等物資被掠運走。4月8日至19日，老河口城內外火光觸天，徹夜達旦，許多具有明清特色的建築物被毀無遺。8月光復時，全城蒿草過人，荒涼悽慘。
