Все же по скудным данным разведки было установлено, что 138, 133 и 120-й пехотные полки 116-й пехотной дивизии занимали вытянутый в ниточку фронт шириной около 250 км и, кроме вторых эшелонов этих полков, резервов не имели. Ближайший резерв (около полка) находился в Нанкине и мог маневрировать между Нанкином и Ханьжоу. Авиация японцев в эти дни бездействовала, за исключением ведения разведки одиночными самолетами.
На основании данных рекогносцировки 9 декабря было принято решение о наступлении.
Главный удар наносила 86-я армия (10, 16 и 67-я пехотные дивизии). Ей была придана артиллерия в составе 57 мелкокалиберных орудий, 13 горных, 8 полевых и 6 тяжелых (150 мм). Этой армии ставилась ближайшая задача — выход на фронт Тунфу — Маотан — Гуанцэн с последующим выходом на южный берег Янцзы.
Войска 10-й армии (79, 146 и 190-я пехотные дивизии) наносили удар на фронте Индяфэй — Утянпу с задачей выхода также на южный берег Янцзы в районе Чэнцзяхоу.
В оперативном резерве у командующего районом оставались две дивизии — 40-я пд в районе Тайпина и 52-я пд в районе Нинто.
Эту операцию обеспечивали: справа — 50-я армия, которая двумя дивизиями должна была наступать на фронте Тунлин — Датун, слева (на фронте Утянпу — Хуко) — 21-я армия.
К 10 декабря все приказы войскам были отданы. Наступление было назначено на 16 декабря.
Казалось, все идет по плану и операция сулит успех. Соотношение сил на этом участке фронта было таким:
Японцы
Винтовок — около 8000
Ручных пулеметов — 584
Станковых пулеметов -160
Орудий горных — 12 — 15
Китайцы
Винтовок — 34 000
Ручных пулеметов -2000
Станковых пулеметов — 600
Орудий — 155 (всех калибров)
Из этих данных видно, что китайцы имели превосходство по всем видам оружия более чем в 4 раза.
Вечером 14 декабря командующий районом генерал Гу Чжутун отдал приказ войскам начать наступление 16 декабря, в 3 часа утра. Все были уверены, что войска 3-го района с успехом выполнят свою задачу. Требовалось только решительно действовать.
Наступление началось 16 декабря, в 4 часа утра, без артиллерийской подготовки. Вместо решительного удара четырьмя полками, как это планировалось, командиры 10-й и 16-й пехотных дивизий ввели в бой по одной-две роте, а затем вводили дополнительные силы. В 7 часов утра артиллерия открыла наконец огонь, и к 7.30 оборона противника была прорвана, были заняты важные тактические пункты и высоты. Артиллерия противника (восемь орудий) пыталась открыть огонь, но была быстро подавлена.
На правом фланге 10-й пехотной дивизии представилась возможность развить успех в глубину и продвинуться до Янцзы. Командиру дивизии был дан соответствующий приказ, Но он его не выполнил, мотивируя это отсутствием связи с 50-й армией и возможностью контратаки со стороны японцев. Между тем перед фронтом этой дивизии находился только один взвод японцев. В то же время из 50-й армии сообщили, что она успешно наступает и просит оказать ей поддержку артиллерией. Поддержка артиллерией была дана, но, как потом выяснилось, 50-я армия в наступление не переходила.
В итоге дня боя на правом фланге 86-й армии был осуществлен прорыв, но развить его в глубину не удалось из-за нерешительности командования и ложных донесений. 10-я армия для наступления выделила только один батальон, тот занял ряд высот, но дальше наступать не стал, поскольку вся армия продолжала стоять на месте.
На второй день в сражении продолжали участвовать только две дивизии (10-я и 16-я), которые имели некоторый успех, но развить его вводом свежих сил никто не решился. 10-я и 50-я армии продолжали бездействовать и ложно доносили о боевых действиях, которых не вели.
18 декабря японцы сняли свои части с не атакованных китайцами участков и произвели частные контратаки. Над полем боя появились 22 самолета противника.
Вечером 18 декабря командование районом отдало приказ: «19 декабря войскам укрепить занятый рубеж и улучшить свое положение, с утра 20 декабря ввести в прорыв свежие 67-ю и 40-ю пехотные дивизии». Во исполнение этого приказа 67-я и 40-я пехотные дивизии выступили из своих районов для выполнения поставленной задачи.
19 декабря, т. е. на четвертый день операции, части 10-й и 16-й пехотных дивизий выполняли поставленные им задачи, отбивали контратаки японцев. 67-я и 40-я пехотные дивизии китайцев подходили к полю боя.
В 13.30 19 декабря последовал новый приказ: «Прекратить наступление, перейти к обороне, 67-ю и 40-ю пехотные дивизии в бой не вводить». К вечеру создалось следующее положение: 10-я и 16-я пехотные дивизии в первой линии отражали контратаки японцев, за ними в затылок стояли 67-я и 40-я пехотные дивизии китайцев.
Наступательная операция войск 3-го района была прекращена. Этим не замедлили воспользоваться японцы, стянув к месту боев отдельные подразделения той же 116-й пехотной дивизии. С утра 20 декабря при поддержке девяти самолетов около полка пехоты противника перешло в контратаку. Китайские войска отошли на старый рубеж, занимаемый до наступления.