日军第11集团军在汉水以东作战，遭第5战区的抗击和反击，部队损失不小，曾准备放弃第二阶段的作战。但顾虑就此停止作战，将意味着已定作战计划中途受到挫折，以后会失掉集团军统帅的权威，同时辜负了天皇的信任。因而，该集团军首脑经过激烈争论后，决定仍执行既定计划。

从5月31日19时30分起，日军第39师先进行了一个半小时的炮火准备，尔后强行渡河；24时起，日军第3师亦开始渡河。日军未受到大的反击，拂晓前大部渡过汉水。6月1日，日军第3师轻取襄阳。6月3日，日军第11集团军令第3、第39师以远安、荆门一线为目标并列南下。并令第13师、池田支队、汉水支队等部准备在4日夜从旧口镇以南地区渡过汉水西进。

江防军纵深的数线防御阵地，都是正面向东。日军从襄阳南下，由左翼横插守军第二、第三线阵地，危害甚大。当阳、荆门以北之远安、南漳等县，是不设防的后方城镇，未作任何战备。防守宜昌、当阳一带的第75军、第94军（欠第55师）又被调走，宜昌几乎成为一座空城。与江防军左翼相邻的右集团河西部队，因总司令张自忠阵亡，士气受到影响，在日军进攻下，虽奋力抵抗，终未能守住阵地，而退往鄂西北山地。

6月1日，国民政府军事委员会召开会议，决定第5战区分为左、右两兵团。左兵团辖第2集团军孙连仲部、第22集团军孙震部、第31集团军汤恩怕部和第68军刘汝明部，兵团长由司令长官李宗仁兼任。右兵团辖第33集团军冯治安部、第29集团军王缵绪部及江防军，派政治部部长陈诚兼任兵团长。以确保宜昌、襄（阳）樊（城）之目的，从西北向东南，对渡犯襄河之敌侧背攻击，压迫于襄河及湖沼地带而歼灭之。并命令熟悉江防的第75、第94军人速由汉水以东赶回汉水以西江防军归建。

6月2日晚，陈诚抵达万县，3日进入宜昌附近三游洞开设指挥所，并请准将其嫡系、驻重庆整训的第18军（军长彭善）紧急船运前线，担任宜昌守备任务。

6月4日21时，日军第13师等部从旧口镇以南地区开始渡河，5日开始西进，与由北面南下的日军第3、第39师遥相呼应。6日晚，北线日军进至观间寺 荆门一线，守军第2军退往远安；南线日军进至荆门、十里铺一线，守军第94军第55师、第26军等部退守当阳、董市间主阵地。在此时期，守军反攻部队第41军于3日克复襄阳，第77军于4日克复南漳、宜城。

8日，日军池田支队相继攻占江陵、沙市。第26军萧之楚部不沿宜沙公路向宜昌退却，以利用既设阵地逐次抵抗，而是分由董市、白洋、红花套、甘老背等渡口南渡长江，脱离战场，致使日军长驱直入。

6月9日，日军第39师向当阳发起攻击，激战至黄昏，守军第18军第11师放弃当阳。

准备担任宜昌守备的第18军率第18、第199师部队，6月8日至10日陆续进抵宜昌地区，其部署是：以第18师守宜昌城，第199师配置于宜昌西北南津关、小溪塔（今宜昌县城）地区，掩护第18师左侧和机动使用，第18师以54团守宜昌城区，第52、第53团守备宜昌前沿右至长江江岸、左至镇镜山一线阵地。

6月10日，日军第13师等部开始迫近守军第18师阵地，11日拂晓，展开全面攻击。至10时许，第18师右翼第52团阵地正面被日军突破，日军趁势直扑飞机场，致使城区守军孤立，第一线部队腹背受敌。宜昌城守军主官动摇，未指挥部队顽强抵抗，仅经过一天的战斗，宜昌就于12日陷落。

12日，日军第11集团军见作战目的已经达到，命令各部迅速摧毁宜昌的军事设施，准备返回。

15日，令部队撤回汉水东岸。

16日，第5战区左兵团第2、第31集团军主力，已尾随敌第3、第39师南下，进抵荆门、当阳以北地区，此时，右兵团亦调整部署，于16日起向荆门、当阳、沙市、十里铺等地日军反击。

17日，第18军尾追撤退日军，收复宜昌。

日军攻陷宜昌后6月14日，在欧洲正是巴黎陷落的日子。日本陆军参谋部受急剧变化的欧洲战局的刺激和鼓舞，南进论抬头，迅速解决中国事变的呼声高涨。日本海军航空兵此时正对中国大后方重庆等地实施战略轰炸，提出把宜昌作为航空中继站很有战略价值。日军认为，占领宜昌，有利于更有效的轰炸重庆，直接威胁国民政府，促进“桐工作”的实现。于是，6月16日，陆军参谋部命令中国派遣军暂时确保宜昌。为解决兵力不足的困难，随后又将关东军的第4师调归第11集团军序列。6月17日，敌第11集团军又急令已撤到宜昌东面10公里土门垭的第13师等部再攻入宜昌。此后，守军在江陵、宜昌、当阳、荆门、钟祥、随县、信阳外围之线与日军形成对峙。

7月1日，国民政府军事委员会重设第6战区（1939年10月1日，第一次长沙会战时，为便于作战指挥，曾以湘江为界，将第9战区划分为第6、第9战区。1940年4月，第6战区撤销），以陈诚任司令长官，辖境包括鄂西、鄂南、湘北、湘西及川东等地。