日军进入湖北黄梅境内休整后，即大力进攻武汉东面门户田家镇要塞，田家镇要塞争夺战开始。
田家镇位于长江北岸广济县境内，背负丘陵，南临长江。丘陵之后有黄泥、马口二湖东西并列，鸭掌山峙立其间。江面狭窄，仅约半公里，水流湍急。对岸为半壁山，峭壁临江，十分险要。半壁山之东为富水入长江之口的富池口，富池口之背又有军山耸峙。三处山隔江鼎立，互成犄角，构成长江天然要塞。清咸丰年间，在此构筑南、北、中三座炮台，南在半壁山，中在吴王庙，北在冯家山，统称为田家镇要塞。武汉会战前，已全面改建、修葺，成为长江中游的锁钥、武汉的门户。
统帅部会非常重视田家镇要塞的防卫作用。1938年8月6日，最高统帅致电田北要塞指挥官李延年，指出：“田、富要塞为大别山及赣北我主阵地之锁钥，乃五、九战区会战之枢轴，亦武汉之屏障，其地位重要，勿待多言”，命令各守备部队“以与要塞共存亡之决心，积极整备，长久固守，以利全局。”。为此，我军配置了第二、第五十四、第七十三军等部于要塞北区、南区及外围各阵地，后随着战事的发展，又调第二十六、第五十五、第七十五、第八十四、第八十六军等部策应于广济、蕲春各地。
9月15日起，波田支队与南岸第9师团开始进攻田家镇要塞南区富池口阵地。是时，波田支队先取北岸武穴镇，清除水路障碍后，即与第九师团逐次攻取南岸刘象山、竹林塘、菩提寺、鸡笼山等富池口外围阵地，使我军沿江防区缩小，给富池口阵地施加压力。随即，日军向朱婆山、鲤鱼山、周家山一线发起猛攻，我守军第五十四军第十八师伤亡惨重。24日，波田支队强攻中心阵地，我守军第十八师凭借天险和工事顽强抵抗，无奈日军又施发毒气弹，我军被迫撤离富池口中心阵地，渡过富水河，退守半壁山。
正值波田支队、第9师团与我军第五十四军酣战富池口阵地之际，北岸日军第六师团自9月18日起，开始进攻田家镇要塞北区阵地。9月18至20日，日军接连向田家镇北区阵地发起攻势，遭到我军第二十六、第八十六军顽强阻击，损失惨重。21日，日军出动30架飞机对田家镇中心阵地狂轰滥炸，投弹5000余枚。随后，施发毒气弹，发动猛攻，我军牺牲惨重，但依然浴血鏖战，田家镇中心阵地岿然不动。28日，日军再次出动78架飞机和集中100多门重炮，对田家镇中心阵地进行饱和滥炸，阵地工事全部被摧毁，我守军龙子育团死守不退，全部战死。入夜，守军第二军第五十七师主力被迫撤出阵地。29日，田家镇中心阵地终陷敌手。
北岸田家镇中心阵地失守后，南岸日军即加紧攻占半壁山阵地。10月4日，日军先行出动80多架飞机轰炸半壁山阵地，阵地尽成焦土，工事全部被毁。随后，日军分乘六七十艘汽艇，在上下水口，六家墩、半壁山强行登陆，我军第九十八军第一九三师第一一二四团官兵奋勇抵抗，除60余人生还外，其余全部战死，半壁山失守。
至此，田家镇要塞全部陷落。田家镇要塞陷落后，武汉即失去了东西的最重要屏障，长江沿战事迅速逼近武汉。
果然，北岸日军夺取田家镇后，兵分两路向汉口进逼。其中，沿江西进之日军10日占蕲春，16日陷茅山，20日占团风，22日占黄冈、阳逻。沿广(济)浠(水)线西进之日军21日占浠水，23日入新洲，24日陷黄陂，直抵汉口东北郊。南岸日军夺取半壁山后，11日陷龙港，18日占阳新，19日占大冶、鄂城，20日占黄石港，24日陷葛店，进抵武昌东郊。至此，武汉会战长江沿岸作战告一段落。
在长江沿岸战线进入湖北境内之际，日华中派遣军于8月22日命令驻皖北的第2军向光州、商城一线挺进，企图攻占信阳，沿平汉路南下和翻越大别山直抵武汉，实施对武汉的战略包围。于是，集结在合肥附近的日军第10、第3、第13、第16师团分兵两路，进击六安和霍山。
六安、霍山位于大别山东麓，为日军西窥信阳和商城的必经之地。8月27日，日军第10、第13师团分别进抵六安城东面和霍山城东北面。28日，日军第10师团猛攻六安城，但在我守军第五十一军第一一三师顽强抵抗下屡攻不下。随后，日军一面组成决死队爆破城门，一面由东南城角攀梯登城，与我军发生激烈巷战。终因日军增兵不已，我军伤亡过重。在我军被迫西撤后日军占领六安。同日，日军第13师团一面强攻霍山城正面阵地，一面沿小路绕至霍山城北着装便衣混入城内。我守军第七十七军经激烈巷战后，按预定计划转移至城南高地。当夜，日军占领霍山全城。
日军占领六安、霍山后，加紧西进，并直指潢川、商城，以获取西可进击信阳，南下可突破大别山的战略主动。但富金山阵地堵住了日军的去路。
富金山位于豫皖交界的史河西岸商城县境内，山形宛如扇状，卧于霍(山)商(城)公路南侧，封锁着霍(山)商(城)公路。为阻止日军直入商城，我军第七十七、第七十一军先后进入富金山阵地设防。9月2日，日军第13师团主力反复向富金山左翼阵地发动猛烈冲击，我军第七十一军在军长宋希濂亲自指挥下，英勇抵抗，使日军每前进一步，均付出重大代价。5日，日军猛攻富金山主阵地。6日，富金山三面受敌，第三峰一度失守。经第三十六师猛烈反击，才将日军打退，双方在半山腰对峙。9日，日军由富金山北向该山附近侧击，以争夺钉耙店西南端高地，经几度易手，高地终为我军控制。10日，日军增援部队到达，继之以大炮20余门、飞机18架猛烈轰炸，富金山阵地几乎变为焦土，我守军战士们前赴后继，寸土必争，拼死抵抗，始终占据阵地。11日，日军再向富金山阵地猛攻，发炮5000余发，我军第三十六师虽只剩850余人，仍坚持与敌拼搏。日军凭借风势，一次又一次施放毒气弹，战士们伤亡殆尽，是日黄昏，日军攻占了富金山。