杨志命人泡了些糖水，亲手给亚吉慢慢喂下，半小时后，亚吉缓过劲来，详细汇报了侦察情况，说在西边的山林发现至少两处以上的伏兵，不少于五千人以上，另外还在后面一处山谷中发现十二辆坦克，和两处75山炮、105榴弹炮阵地。
这时，陈皓然（已提升为特战团主任参谋，专管情报和电讯联络）也收到了高杆龙的步话机传回的情报。高连长已汇合三支侦察小队，都汇报说发现了数千人的鬼子伏兵。另外，卢班领着两个侦察队员趁天黑摸进了城，因为鬼子四下忙着放火，并未被发现。卢班说城中只有大约两个中队鬼子，但火车站埋伏了装甲车21辆，坦克16辆及数千步兵。
王进忠参谋长连忙在地图上标出了发现鬼子伏兵的坐标，果不其然，鬼子以县城为诱饵，投入了三个旅团、近五万兵力，设下了一个半包围式的巨大伏击圈，就等着我军进城，然后从城外发起合围，正面再以装甲车和坦克进行突破分割，企图将我进城主力歼灭。
刘副军长和周师长见状后，大吃一惊，暗呼侥幸，要不是杨志坚持已见，顽固抗命，我20军必将遭受重大损失。两人便问杨志有何良策应对。杨志说：鬼子都埋伏在高地山林中，城中鬼子也藏身于街巷建筑之中，如果我军一味强攻，伤亡必定大大增加。如今既然已探知鬼子们的埋伏地点，可以充分发挥我军火炮和飞机优势，大量杀伤伏兵，打乱其部署，然后从东南西三面发起进攻，压迫鬼子向北窜，再进行快速追击，必可有效歼灭逃敌。
于是，刘副军长和周师长拿着王进忠标注好的地图，坐着吉普车火速返回了军部，连夜向杨司令和杨副司令汇报军情，并将杨志的进攻策略讲了出来，李玉堂司令这才后悔错怪杨志了。杨汉玉则提醒到，鬼子如此大规模设伏，光凭27集团军是无力攻克的，应该立即上报第三方面军总部，协调26军、29军及94军共同攻击，再调集重炮，联系美军轰炸机，以泰山压顶粉碎笠原幸雄的阴谋。
第三方面军汤恩伯司令接到李玉堂的电文后，意识到这可能是鬼子在广西的垂死挣扎了。与参谋研究后，汤司令立即向各军发布命令：令20军主力今夜务必全部抵达县城前线，令26军主力以及94军第5师连夜赶往全州城郊，集中两军所有火炮对山林和火车站隐蔽之敌进行炮击，后续部队尽快跟进。令第29军则由灌阳向全州东南方向进军，准备好渡河器材，强渡湘江，从东南面向县城发起进攻。全军各部务必排除一切困难，全速进军，贻误战机者严惩。最后，由美军顾问将坐标发给了中美联合航空队，联络其明晨八时对敌实施轰炸。
88旅团的鬼子在城里放了一夜的火，熏得乌漆八黑的，山林上的鬼子也被蚊子咬得满脸是包，却不见一支国军进攻。笠原幸雄也觉得奇怪：难道国军都跑累了，追不动了，便传令耐心等待，不得暴露行踪。同时加快城内物资向北运输。
20军133师和134师主力，以及26军大部连夜向全州急行军，幸亏桂林、兴安到全州的道路全都打通，不然就是拼了老命，他们也赶不到前线。因为有汽车牵引，首先到达的居然是杨干才军长亲率的重炮营和军部警卫团，其后赶到的是133师397团和26军的重炮营及第四十四师一部（西北军方振武旧部，师长蒋修仁）。94军第五师也达到了咸水以北。
杨干才军长顾不上喘息，立即下令设置火炮阵地，准备炮击。这时天已放亮了，再不进攻，鬼子可能会觉察逃跑。
早八时，当后续部队及29军还在向全州拼命奔跑时，中美联合空军的轰炸机已飞抵全州地界，准时按坐标方位，对山林及城中的鬼子伏兵进行轰炸了。此次执行轰炸任务的是从桂林机场起飞的，由陈纳德建议成立的中美混合联队（cAcw）第一大队的两个中队，共30架b-25h轰炸机。
b-25轰炸机的最大载弹量为3000磅（约1360公斤）?。具体来说，b-25轰炸机的载弹量根据不同型号有所不同。b-25h型是全系列中火力最强的一个型号，搭载了75毫米加农炮和多挺12.7毫米重机枪，机身最大载弹量可达2358公斤（约5200磅）。
前线将士们看见巨大的飞机排成整齐队形飞临全州地界后，便三三两两分散开来飞向各个坐标点，然后机腹下便如下蛋一般，落下一串串威力无比的航空炸弹，一落地便是声震云霄、火光四射。弟兄们欢呼雀跃，狂呼高喊”格老子的，现在轮到小鬼子挨炸啰”、“炸死龟儿子的，你们也有今天”。鬼子兵是哭爹喊娘，四处乱窜，坦克、装甲车、火炮基本损失殆尽，步兵也损失了数千人，因为各处埋伏的鬼子都成百上千的扎堆在一起，炸弹落下根本来不及疏散，有的更是被燃起的大火烧伤烧死的。
当轰炸机飞临全州之时，笠原幸雄知道完蛋了，我军迟迟未发动进攻，一定是识破了埋伏。他急忙下令全军撤退，但为时已晚，各处部队还未收到电令，炸弹就已经落了下来。
半小时轰炸过后，20军和26军近百门榴弹炮和野战炮发出了怒吼，因为远射程的榴炮数量有限，炮击目标主要集中在城西高地山林和县城火车站。鬼子们还未及喘口气，又被炸了一通，这下更乱成一团粥，完全没有了建制，更别提坚守备战了。炮击持续近一个小时，20军与26军前达部队以及94军第5师各部，趁势向西面山林与县城发起了总攻。罗大成率一连跑得最快，第一个冲进了县城。城中鬼子像无头苍蝇，四散而逃，军官们也忙着组织撤退，根本无人抵抗。这是笠原幸雄慌乱之下犯下的致命错误，没有安排阻击掩护部队，所有鬼子都在向北逃跑。
特战团和398团的弟兄们追着鬼子屁股后面打，连举手投降的都顾不上，只待后续部队上来收拢。
攻击开始不久，29军91师大部也赶到了县城东南江边，立刻在江上架设浮桥。第29军是中央军，其第91师主要由东北军旧部改编的，师长赵琳急得直挥拳头，对着工兵们不断地叫喊着“赶紧，赶紧的，总攻开始了，再耽误，俺们连汤都喝不上了。”
日寇第11军所辖部队第58师团和独立混成第22、第88旅团的两万多人残部在我三路大军的追击下，如丧家之犬仓惶向东北方向逃窜，重武器及各类作战物资丢满一路。我军战后清点，共毙死毙伤两万余人，俘虏两千多人，缴获物资无数。这次攻城战取得的战果不亚于一次大型会战，更有意义的是将日寇全部驱赶出了桂境，广西全境再无敌踪。
第20和第26军遂得以进占全州，当日全县被我攻占，残敌沿湘桂铁路东窜；第20军官兵们对前几日的鬼子设伏阴谋耿耿于怀，乘胜前进，根本不顾是时日本已经宣布停战的消息，仍旧沿着湘桂铁路马不停蹄追赶着敌人，生怕敌人脱离了战斗；21日，第26军44师攻克东安，第20军134师攻克零陵，至此，湘桂路方面之战事宣告结束。24日，鬼子独立步兵第519大队退到祁阳时遭到游击队袭击，大队长谷口成男少佐战死，成为日军的湘桂撤退作战中阵亡的最后一名大队长。
与第三方面军在桂北地区的追击相呼应，第四方面军也于7月下旬开始向桂东和雷州半岛攻击前进，到8月15日日本天皇发布投降诏书止，先后攻克了丹竹机场、廉江、梧州等地，取得了巨大战果。其中，日军独立混成第70大队第1中队210名鬼子伤亡竟达170人，几乎被全歼。
八年艰苦卓绝的抗战终于迎来了最后的胜利。1945年8月15日，日本宣布无条件投降，鬼子官兵都向东下跪，听毕广播后嚎啕大哭，磕头不起。有宁顽不化而“破肚子”自杀的日军死前衰嚎：“长眠在山上、山谷里的战友啊!再见了!我们失败了。”，新兵们则暗自庆幸活了下来，如新兵秋月在战后回忆说：“我完全是被狐狸骗去当了兵。”