74军和27军分别负责不同方向的攻击，目的在于同时合围攻向日军在三义集的核心阵地，302团首次攻击失利，攻击的二百余人退回到出发阵地时仅剩下一百余人，在攻击之前无法判明日军具体的守备实力，首次攻击失利也就在意料之中，302团团长纪鸿儒只是心疼阵亡的士兵，还有战车排的三辆战车，三辆战车刚刚配属到手里，一次攻击就全被打了个光，接下来的攻击，只能完全依靠步兵了。
302团攻击失利后，51师为了加强攻击力度，命令153旅的305团加入对日军柴楼阵地的攻击序列，305团在302团的攻击部队撤下去后，立刻发起了攻击，同时51师命令纪鸿儒的第302团继续攻击，以两个团的兵力攻克日军的柴楼阵地，并命令师属炮兵对日军主阵地轰击，51师的师属的炮兵营只有几门日式三八野炮，连半个营都凑不齐，尽管如此，为了掩护攻击，师长王耀武还是下令全力轰击日军阵地。
305团攻击之时，51师在302团的方向上对日军柴楼阵地和纵深进行了猛烈的炮击，团属的八二迫击炮也跟着轰击，正在和305团作战的日军挨了炮弹，伤亡了不少人，302团重整了部队，在炮击后再次发起了攻击，由团长纪鸿儒见长官下了死命令，自己的手下又绝大多数是新兵，他决定亲自带队。
302团，305团两个团共同发起进攻，和柴楼附近的日军守军展开了大规模的混战，战场上打的十分惨烈，枪炮声和喊杀声交织在一起，一个团长亲自带队攻击，低级军官和士兵们士气大振，加上有了第一次攻击的经验，302团的第二次的攻击进展较大，各级军官奋勇争先，305团与302团互相配合，守备阵地的日军感到了极大的压力。
日军在低洼阵地处使用步兵轻火器，轻机枪和掷弹筒射击打来的51师部队，以地势较高处构筑重机枪阵地作为火力支撑，为了避免遭到炮击，九二步兵炮向后撤离，以曲射的方式开火，在低洼阵地处还有两门九四式速射炮在不断开火，发射榴弹攻击51师的步兵。
九二步兵炮以曲射的方式发射榴霰弹，51师取得进展的代价是较为惨重的伤亡，日军的榴霰弹一爆炸就会有十几名步兵被打中，直射的步机枪火力和速射炮的榴弹火力更是猛烈。
“轻机枪掩护，组织奋勇队投掷手榴弹。”纪鸿儒对身后的军官大声命令道，主攻的302团处，战斗最为激烈，特别是距离拉近后，后方的炮火掩护停止，步兵的压力直线上升。
冲锋的部队伤亡逐渐增大，特别是随着距离的拉近，日军炮弹的杀伤威力几乎越来越大，纪鸿儒一边命令轻机枪压制日军阵地，一边组织老兵前冲，向日军阵地内投掷手榴弹，遭到日军火力的阻击，攻击到距离日军一百公尺后难以前进，302团的人散开，在原地和日军对射，轻机枪和步枪排枪火力对着日军阵地实施火力压制，由奋勇队携带手榴弹冲上去投掷手榴弹。
十几名奋勇队队员都是老兵，带头的是一个排长，每个人都携带着临时用绑腿捆制作的集束手榴弹，在302团的面前，对他们杀伤最严重的的是低洼阵地中的日军速射炮和步兵火器，而后才是部署在地势较高处的重机枪，在一百公尺内的密集火力封锁意味着他们根本无法前进太远距离，只能让步兵来硬啃。
十几名老兵刚冲出去，日军的九二重机枪就打掉了四五人，其余老兵一边分散一边试图规避日军的机枪火力，冲到六十米处时，剩下的奋勇队队员使出全力抛出了手榴弹，二十多颗手榴弹投进了日军阵地内，手榴弹爆炸产生的弹片杀伤了低洼阵地内的日军，开火中的三七速射炮也由于手榴弹也停止了射击。
奋勇队以手榴弹掩护攻击的目的达成，同时，奋勇队也无一人生还。