日军在长江南岸对九江地区实施进攻的同时，在江北地区以第6师团为主力于 7月 24日 ，由潜山向太湖方向展开进攻。激战三日之后，日军占领太湖。与此同时，日本海军陆战队在小池口附近登陆，与日本陆军协同作战。中日两军随后在太湖以西、大别山以东地区展开激烈的争夺战，此地几成焦土。

国民党第31军、第68军等部队在逐次抵抗之后渐居下风，分别于 8月 2日 弃守宿松城、 8月 4日 弃守黄梅。这是湖北自抗战爆发以来沦落日寇之手的第一个县城。

日军进攻主力也因伤亡甚大，在占领黄梅后也暂时停止了进攻，转入临时休整补充。

8月 24日 起，为呼应江南地区对日军的防御作战，国民政府军事委员会决定以第5战区为主发起黄广战役，主要目标是重新夺回黄梅等地。特别是8月28、29两日，第68军和84军向黄梅县城及其以东地区发起大规模反攻作战，但因"敌据险顽抗"终未果，"唯予敌以重创"。该方向战局最终拉锯相持了半个多月。

针对未来广济、田家镇要塞方向的攻击作战，日第11军为第6师团确定作战方针是，"于 8月 25日 左右从黄梅附近出发，攻占广济附近，准备下一步的作战。然后迅速以一部协助海军从背后攻占田家镇"。

日军进攻的主力分为两路，沿黄梅－广济道路方向为第6师团所属步兵第36旅团，内含步兵第23、第45联队、野炮兵第六联队主力、独立山炮兵第2联队第2大队等主要作战力量，在其南面辅助进攻的是步兵第11旅团，内含步兵第47联队、独立山炮兵第2联队主力等主要作战力量。

广济位于大别山南麓，是武汉保卫战第2线防御体系中的一个要点，距田家镇要塞仅40与公里。

国民党会战指挥部十分重视广济的防卫作战，蒋介石在于7月底致白崇禧、李品仙的电报中说，"广济阵地与田家镇要塞相连系，极为重要"。在作战准备方面，国民党军队在黄梅、广济之间30余公里的距离上布置了几道纵深防线，防守主力是第五战区所属第84军、第68军、第48军等，狭小之地，就布防8个师，7万余人。其中，"以84军两师、附近176师及刘军团所部担任广济正面，肖之楚两师任大金铺以西至田家镇以北之防守，29集团军则在苦竹口至二郎河之线。"

此时，李宗仁因旧伤发作，"右颊上于讨伐龙济光战役所受的枪伤突然发作。这一创伤自民国5年以来，并未完全治愈。时有轻性发炎，旋又消肿，并无大碍。而此次发作则为最厉害的一次，右脸红肿，右目失明"，为此，"不得已乃请假赴武汉就医"，战事由时任国民政府军事委员会副参谋总长的白崇禧代行指挥。

战斗于 8月 30日 打响，日军进攻采取数路齐发、并进合击的战术，自北朝南，沿黄广公路两侧发起进攻。(www.daowen.com)

中方第84军189师、188师分别在大洋庙山口方向、大河铺方向顽强阻击来敌，同时由于188师指挥人员纸上谈兵、刚愎自用，致使部队自损也较大。

到 9月 2日 ，日军在飞机、大炮猛烈支援下对188师阵地发起总攻击，由于指挥失误，中国军队阵地很快被击破，并迅速蔓延扩散造成整个84军防线的崩溃。 9月 3日 ，笔架寨、双城驿、大佛阵地相继丢失。 9月 4日 ，位于公路两侧的田家寨、生金寨、鼓兜山及后湖寨等扼守要点为日军占领。 9月 5日 ，日军继续突破荆竹铺、株树岭一线，夺占青嵩铺，广济危在旦夕。

为挽救已处于及其危险状况的广济战局，国民党军自 9月 5日 起组织局部反击作战，期望重新夺回已失阵地。第68军派出大刀队，利用黑暗掩护攻上日军阵地，一阵肉搏，砍死砍伤日军数百名，一时士气大振。

尽管如此，到 9月 6日 ，终因守军伤亡过大（至6日，部队伤亡总体接近"约二分之一至三分之二之间"，总预备队业已消耗殆尽），加以受到疟疾侵袭（个别部队出现"病兵已占三分之一"的状况），后援兵力不能及时到达，侧面攻击部队行动也迟迟未能取得效果等其他原因，广济县城所在梅川镇陷入敌手。

李品仙在此期间提交的战斗报告说，"各阵地失而复得，反复攻击者数次，在我军炮火因敌空军之轰炸及射程之短近，不能制压敌炮，加以工事不良，以致我军伤亡惨重。"

后国民党军队在白崇禧地指挥下组织全面反攻，翼夺回广济，但日军在航空兵、炮兵优势火力支援下依托阵地固守，并施放大量窒息性毒气，兼之会战统帅部固守于阵地防御的作战思想，中国军队投入的攻击力量不足，虽然第31军一度收复五里坡及界岭以南大片地区、67军接连拿下颜城驿、大河铺等诸要点，但广济依然未能被攻下。

对此，白崇禧当时就曾颇有反思到，"近自广济会战，时仅一周，而前方官兵伤亡极众。且在敌炮、空威胁之下，虽尽极大努力，而阵地终不克保。则以敌我装备悬殊，制空无权，阵地相持，良非上策。若部队脆弱，则辄三二日即不能成军。乃战术无灵，指挥棘手。职身临前方，深思对敌之策，惟有取机动姿势，求敌侧背相机攻袭，而不限以一城之死守。如此，则能常保持有用之力量，获得作战之自由。一年以来计划作战者，率以装备相等之战术因袭应用，原则未尝不合，胜利卒归泡影。尤以积兵愈多，损害更巨，实力消耗，远逾于敌。设非改变战法，不但胜利难求，且恐持久不易。"此前，身在周恩来还特地托人捎信给白崇禧，针对中国军队固守阵地消极防御的种种弊端，详细介绍了八路军积极防御、在敌侧面背后发起主动攻击的作战经验。

尽管广济最后失守，但此战当中，日第6师团在中国军队正面阵地抗击和侧翼反击进攻双重打击之下，激战8个昼夜才前进区区三十余公里，且伤亡惨重，因此不得不调整后续进攻计划，被迫暂停进攻，而就地构筑工事转入防守，并在广济整整休整了7天时间，在新补充3200人之后，才重新缓过劲来。一名日军军官曾在其阵中日记里写到，"经过与敌军四个师不间断的苦战。。。我军总算攻陷了广济城"。