入夜之后，星月无光、夜色沉沉，正是突袭绝佳时机。孙立人抓住战机，下令机械化部队全员出击，依托装甲车、迫击炮、轻重机枪的火力优势，深夜突袭日军设于全州城郊的巨型后勤辎重囤放点。此处是十几万日军南下作战的核心补给中枢，囤积了全军半数以上的粮食、被服、炮弹、枪弹、医药辎重。
随着冲锋号令响起，炮火骤然轰鸣、机枪火舌喷涌，毫无防备的日军守备部队瞬间陷入混乱。新6军将士迅猛突击、精准攻坚，快速肃清外围守备日军，随后投掷燃烧弹、爆破弹，整片辎重营地瞬间陷入一片火海。
熊熊烈火冲天而起，数百吨军用粮食、上万发各式炮弹、不计其数的枪弹辎重尽数在烈焰中焚毁，爆炸声、燃烧声、日军惨叫声彻夜不息。
此战过后，围攻全州的日军主力彻底陷入弹药短缺、粮草告急的绝境，持续作战能力近乎崩盘。
日军指挥官大惊失色，紧急抽调2个精锐步兵联队连夜反扑，意图夺回补给基地、挽回颓势。但孙立人早已指挥部队依托河岸、高地构建完善防御工事，以交叉火力死死封锁所有突进路线。
日军数次大规模冲锋，皆被密集火力击溃，山谷河岸尸横遍野、死伤惨重，反复鏖战损耗大量兵力，始终无法踏进一步，反扑计划彻底失败。
西线戴安澜率领的新7军山地部队，上演了一场极速抢占天险的山地攻防大战。
全军将士轻装简行、翻山越岭，穿梭于越城岭深山密林之中，克服山路陡峭、荆棘丛生、迷雾笼罩的恶劣环境，日夜兼程、全速突进，抢先一步占领越城岭东段所有核心制高点、山间隘口、峡谷通道，在所有日军迂回必经之路构建起居高临下的立体防御阵地，布下天罗地网。
当日寇上万迂回偏师长途跋涉、抵达山间山口时，才发现所有险要地形已被新7军牢牢掌控，天险尽失、前路被封。狭窄陡峭的山间山道根本无法展开大兵团兵力，日军只能以小队阵型轮番仰攻冲锋。
戴安澜坐镇高地指挥所，沉着指挥作战，待日军进入最佳杀伤范围，一声令下，轻重机枪、迫击炮、掷弹筒同时开火，密集的火力从山顶倾泻而下，形成密不透风的火力网。
山谷之中，日军进退无路、被动挨打，仰攻士兵成片倒下、死伤无数，数次大规模强攻尽数惨败。上万精锐迂回部队被死死围困在深山峡谷之中，前有天险阻隔、后无退路支援，粮草断绝、弹药消耗殆尽，彻底陷入进退两难的绝境，完全丧失作战能力。
短短三日之间，三路前锋部队全线告捷，完美锁死全州外围所有进出口，彻底割裂日军双线作战体系、瘫痪敌军补给命脉、围困敌军迂回主力，十几万日军被牢牢压缩在全州狭小盆地之内。
战局大势已定，王元奎下令总预备队全线推进。安文杰率领101军主力，携集团军百余门重型火炮、榴弹炮、山炮重炮集群全速进驻全州南郊，快速构建多层重型炮兵阵地。黑洞洞的炮口齐齐对准全州城内日军指挥部、城墙防御工事、街巷堡垒、兵力集结点，绝对重火力彻底掌控整场战场，日军已然沦为瓮中之鳖、笼中之兽。
此时困守全州的日军主力已然四面楚歌、全线崩盘。三面被国军重兵合围，核心辎重尽数焚毁，前线弹药粮草双双告急，
迂回偏师被困深山、音讯断绝、全军失联，双线作战计划彻底破产，原定南下攻坚桂林的战略部署彻底停滞。绝境之下，日军主将只能连夜向武汉横山勇指挥部连发数道求援电报，恳请紧急调拨援军、输送补给。
可横山勇此时早已无兵可调、无力支援。经历湘北、衡阳两场惨败，华中日军主力元气大伤、损耗惨重，麾下仅剩少量守备预备兵力，既要防守广袤的华中占领区，又要维持前线基本守备，根本抽调不出一兵一卒驰援桂北。走投无路的横山勇只能回电，令全州日军就地固守待援，就地劫掠民间粮食苟延残喘、负隅顽抗。
日军绝境困守、军心涣散、士气低迷、疲惫不堪，已然是强弩之末。王元奎精准捕捉战机，果断下达全州总攻命令，吹响了全歼桂北日寇主力的决战号角。
总攻当日清晨，天色微亮，炮火率先轰鸣登场。
安文杰指挥百余门重炮集群展开半日饱和式炮火覆盖，密集的炮弹如同暴雨般砸落全州城区内外。震天动地的爆炸声接连不断，坚固的古城城墙不断崩塌碎裂，城外碉堡堡垒、战壕工事、明暗火力点尽数被夷为平地，城内日军营房、指挥设施、囤积据点尽数被毁，日军伤亡惨重、阵地全线崩塌。
炮火延伸之后，四路大军同步发起全线总攻。
左翼谢晋元新9军从湘桂铁路方向强攻城南阵地，将士们稳步推进、步步蚕食，逐一拔除城郊残余据点，清理外围残敌，稳步压缩日军生存空间；中路孙立人新6军机械化部队从东侧平原全速冲锋，装甲车开路、步兵跟进，凭借强大的机动火力撕裂日军东郊残破防线，突入城区纵深作战；西线戴安澜新7军留下小股精锐兵力继续封锁深山、清剿被困迂回残敌，主力部队顺势下山，从城西山地居高临下合围城区，彻底封死日军西逃退路。
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