1945年1月29日，驻南京的日本派遣军总部下达了老河口作战命令。3月开始，调动第三十九师团、一一0师团、一一五师团、战车第三师团、骑兵第四旅团等3万多兵力和100多辆坦克，选择第一战区与第五战区结合部的薄弱环节，采取南北策应、中间偷袭的战术，发动老河口战役。
战争过程
3月20日，盘踞在荆门一带的日军第三十九师团提前行动，向襄樊进攻。3月22日拂晓，日军第一一O师团，战车第三师团吉武支队，从河南叶县、鲁山一带向南阳进攻。同时，调派一一五师团(师团长杉浦英吉)、骑兵第四旅(旅团长藤田茂)为攻击老河口的主力部队。3月22日，此两部队从舞阳驻马店一线向老河口窜犯，于3月26日夜到达境内竹林桥镇。
此时，第五战区统率的三个集团军，有七个军、十四个师，总兵力在10万以上，均部署在南阳、邓县、新野、襄樊至枣随一带，老河口城区只有四十五军的一二五师作卫戍部队。日本的作战准备为第五战区司令长官部侦知，刘峙连忙把司令长官部撤至均县草店。3月27日，襄阳失守，新野、襄阳守军退到汉西。3月29日，南阳、邓县沦陷，守军退到淅川以丹江以西。四十五军为防守老河口的主力。当时一二七师还在随县大洪山，离老河口4百多华里。刘峙调一二七师加强老河口兵力。但这种"调远水救近火之策"，路人皆说是"借异族灭异族"之谋。而驻老河口的一二五师当时有一个团回四川接新兵未回，在老河口仅有三七三和三七五两团兵力。长官部另配给一个战车防御炮团。一二五师兵力部署是：师长汪匣锋(四川简阳人)率三七五团防御老河口城区，副师长兼三七三团陈玲(又名陈仕俊、四川仁寿人)，率部布防在光化县城至马头山等前哨阵地。
3月27日晨2时，敌骑兵第四旅团长藤田茂在竹林桥下达进攻命令：西泽末俊大佐率骑兵二十联队(联队系混合兵种，相当团)主攻光化县城及老河口北关;山下彦平大佐率骑兵二十六联队进攻马头山及飞机场;然后合力进攻老河口城。
3月27日晨4时，日军两个联队在光化县城至马头山一线与三七三团发生激战。上午，日军骑炮四联队赶到，以炮火掩护进攻。三七三团因兵力分散，光化县城逐被攻陷，守军退入老河口城内。日军二十五联队遂即攻城。因北关有一华里多长街道，日军从两边民房中穿墙打洞，迅即接近北门(花城门)，把山炮置于离城门仅50米处，攻破了城门。在猛烈的炮火掩护下，一个中队冲入城内，守军早已考虑到北关地形复杂，敌入容易接近，构筑了大量工事掩体，加强防守。敌人一冲进来，守军便大力拼杀，激战一天，敌人三次冲锋被打垮。藤田茂悲伤地承认："二十五联队蒙受了极大损失"。
日军二十六联队也在炮火掩护下，几次攻击马头山，均被守军击退。下午，日军重整队伍，在炮火掩护下，采取横向交叉，逐级争夺战术。经过激烈战斗，下午三时，山头阵地被日军攻占，晚上六点半，机场被占领。
3月28日，日军增援了独立步兵第三O大队，其总兵力已达三个联队、一个独立步兵大队，约相当于一二五师兵力两倍。在大东门至龙虎沟一线激战，终日，三七三团寡不敌众，全部退守城内。
3月29日，日军继续攻城。上午九时，又集中炮火向花城门猛轰击，城墙被毁两处，日军一拥攻进40多人，三七五团团长黄宗凯立率预备队截击敌人后路，使进城的敌人成了瓮中之鳖。炮兵十六团设在汉西唐家()的大炮也开始支援。经过一阵拼杀，把冲入之敌全部消灭。
是日晨，日寇还派出一支由30人组成的"挺进队"，乔装成中国军队，企图迂回奔袭第五战区司令长官部。挺进队由樱井元彦大尉带领，改名李光良，假充国民党军某师参谋，带领全队沿汉水西上。行至苏家河北蜂子沟，被县义勇大队识破，击毙其9人，俘获战马29匹和作战地图，樱井面部受伤，狼狈逃回。
日军经过两日苦战毫无进展。3月29日晚，从南阳调来第三战车队坦克20辆，参战。
3月30日，日军未进攻。守军也趁战斗间隙，抢收修工事，街道上分段筑路障，堵塞城墙缺口。
3月31日，是日军攻击最猛烈的一天，早上6时15分便发动了全面攻击。先用炮火猛烈轰花城门一带，继以战车分路掩护步兵蜂拥而上，一部攻进城内，占领了几条街道。守军英勇反击展开巷战，首先击毁敌车2辆，堵塞了战车前进通道，又大力封锁了突破口，使敌进退两难，形成"关门打狗"之势。陈玲副师长调动了所有机动兵力，在房顶、门窗、地面工事、构成立体火力网，打得敌人尸横街巷退入几座砖墙院内顽抗，我军迫击炮、燃烧弹一阵猛炸，营长林钟喜带领士兵，从房顶投下黄磷炸弹，使正在凿墙的敌军被烧得狂呼乱叫。敌入拼命外冲，又被机枪射击，大批被歼。我军一个正在煮饭的炊食兵，见到逃跑的敌人，也抡起菜刀，砍死二人。据日军自认：二十五联队第二中队长夏目大尉被炸死，骑炮中队长锻冶大尉被枪弹穿胸，中岛曹长的机枪小队全部战死。联队长古泽大佐吓得烧掉密码本，准备"为天皇效命"，最后爬墙侥幸逃脱。日寇二十六联队也以战车开道，冲进了东门，守军三七五团以猛烈炮火连续击毁敌战车3辆，余车调头逃走，敌步兵失去掩护，亦仓惶败退，第四中队长被击毙。是日从清晨战至黄昏，将冲进城的日军消灭了7百多个，击毁其坦克5辆，守军也付出了重大牺牲。
一二五师坚决抗战，人民群众大力支持，当时汉水已被炮火封锁，但夜幕降临时，汉水西群众冒着生命危险，过河为支部送给养，运弹药，抬伤兵，彻夜不停。
4月1日晨，敌集中炮火，击毁北门城墙，成队冲入，守军以机枪、手榴弹、刺刀拼搏半小时，将其歼灭。10时左右，守军发现伤员负伤多在头部，经望远镜观察，发现敌在高树上设射击点，经调集优秀射手，集中打击敌狙击手，减少伤亡。
经过6天激战，日军死伤惨重，有的中队全被消灭。骑兵第四旅丧失了战斗力;二十五联队的尸体、伤员也无力搬运。4月1日，由一一五师团接替，第四旅撤到李官桥。
4月2日，日军又将花城门附近城墙打开一大缺口，冲进来100多来，守军以轻机枪、手榴弹封锁缺口，并以预备队与攻入之敌又一次展开激烈巷战。终将敌军全部消灭。
是日午后，一二二师派黄伯亮率三六四团的两个营前来增援，17时左右，加入城东北守备。
4月3日至6日，敌未强攻，只以大炮轰击，战车掩护部队在城周围麦地打转。
6日下午，日军又从南阳调来机动炮兵第三联队和野战重炮第六联队，拥有10榴(即10厘米半口径榴弹炮)12榴15榴多种口径的大炮，射程不仅可以达到守军阵地和封锁汉水，而且守军汉西的炮位也在射程之内。
同时，国民党一二七师三八0团前来增援。一二七师在大洪山接到命令后，即由王澄熙师长(代军长)率领全师向老河口进发。时襄樊已被日寇占据，乃绕道双沟，新野，由襄阳石桥进入张集。4月2日，与城内守军一二五师取得联系，双方商定一二七师攻击马头山和光化县城一带，以解老河口之围。但因敌人已在各山头修了坚固工事，一二七师进攻纪头山无重武器支援，不克。又无后勤供给，逐又绕道敌后，从温岗孟楼间穿越公路，5日越过汉水到达三宫殿。几经长途跋涉，官兵已疲惫不堪，但城内一二五师急需援军，即由副师长何翔迥率领三八0团渡汉水增援，逐次加入城东北一线作战。
7时敌一一五师又大举进攻。它拥有5个独立步兵大队，两个炮兵联队和一个战车队的兵力。拂晓，几十门大炮一齐发射，东门至北门一带炮弹密如雨点，几路坦克掩护步兵冲锋，并用重炮压住了守军的炮火，战车上以配了工兵，把城墙炸开几处大豁口，冲进一个中队，三八0团便集中手榴弹、机枪射击，敌中队长小岛的眼睛被炸瞎。敌人左一级用去梯爬上城墙，亦遭到三六四团迎头痛击，死伤惨重，均败下阵去。当天黄昏日军又组织进攻，双方炮战异常激烈，H光弹照得如同白昼，几十里远就能看到老河口一片火海。一直激战到夜22点，日军付出了重大代价，仍以失败告终。
4月8日拂晓，敌人大炮轰击约一小时，城墙被炸开几丈缺口，数路战车步兵攻击。激战一上午，我方仍坚守阵地。敌师团长极浦英吉亲自督阵，指挥步、炮、坦克协同进攻;旅团长三宫满治也赶到步兵位置督战，群炮集中城北角轰击，情况十分紧急。守军各机动部队全部参加，师、团特务排也参加了战斗。战至中午城墙数处被轰开缺口，敌人一辆坦克爬上了城墙，虽被我击毁，但成了敌人的射击掩体，居高临下，控制了一线火力。守军几次冲锋，皆未夺回。激战至13时，敌入开始大冲锋，城东北全钱展开激战，因守军无后援部队，敌人大批涌入，经过双方拼搏，都付出了重大伤亡。我战炮营营长牺牲，三七三团第二营代营长杜德友、三七五团第一营营长张子仪、第三营营长范中先后负伤;三六四团和三八0团，有连长5人，排长13人阵亡。在此紧急情况下，仍无援军到来，何翔迥、陈玲两副师长与汪匣锋师长在电话上商议，请示二十二集团军总部批准撤退。逐且战且退，直到17时，老河口全部失守。但未及退出的战士，仍在与日寇拼搏，直到深夜，抵抗的枪声始息。
此次战役，以劣势兵力和劣势武器，抗击日寇达13昼夜，共打死打伤日军1668人(其中将校级军官死8人、伤15人)击毁坦克8辆，缴获武器700余件。守军伤亡1600余人。双方都有飞机参战。4月8日老河口沦陷。
据《中华民国史事日志》，1945年4月8日，“鄂北日军陷老河口”，4月13日“鄂北我军克老河口”。第二，据日本防卫厅战史室《大本营陆军部，下册》第554页：“第110、115、坦克三师团、骑兵第4旅团等于3月22日发起攻击。……于4月8日占领。……但在占领老河口后，又返回驻地。”虽然中日双方用词不同，但双方记载均表明，在日军攻占老河口后不久，日军就离开老河口。
战争结果
日军侵战老河口后，对未及逃走的市民实行血腥屠杀，计杀死男3869人，女440人;伤男1485人，女265人，共计伤亡6059人。劫走幼童226人。4月8时下午，日军搜索，逢人便杀，万奶奶家藏34人，全被杀害。4月13日，日军在明家山韩坡一带以诱骗手段，将骗回之陈家槐、王三秀、李大云、五小等329人全部用刺刀杀死。对未及逃脱之妇女，不论老幼，肆意轮奸，被羞愤而死者知名知姓者就有27人。对各商号及乡镇居民之粮、油盐、布、棉、铁器等物资被掠运走。4月8日至19日，老河口城内外火光触天，彻夜达旦，许多具有明清特色的建筑物被毁无遗。8月光复时，全城蒿草过人，荒凉凄惨。
