11月5日，日军第十师团冈田资的旅团经寨河、孙铺、竹竿铺等地向西进攻，期间曾与陈鼎新的45军多次战斗，并发生很大伤亡后占领了罗山。
但是日军很快就发现了一个问题，那就是他们越是向西进攻，所受的抵抗也越强烈。
而且从八月底开战到现在他们已经在大别山北麓和中国军队血战了两个多月了，各部队伤亡都极为惨重，部队急需要休整和补充。
再加上大批的弹药在六安城被洗劫一空，所以前线部队的情况并不乐观。
因此在第10师团攻占罗山之后，日军第2军司令部即令在合肥集结的藤田进第3师团至罗山地区参加作战，与第10师团一起，攻向信阳的平汉铁路沿线地区。
与此同时，已攻占史河西岸的富金山地区的藤江惠辅的第16师团，在稍作整顿和进行了新的作战准备后，开始西进，攻向商城，第10师团的濑谷启第33旅团则在北面进行策应。
11月7日，日军第13师团主力一部外加第16师团合计两万余人，以1个装甲车中队为先导，集中使用了两个师团及配属的炮兵，并由驻合肥机场寺仓正三少将第1飞行团的直接协同，向第三兵团部所在地商城发动进攻。
而中国方面，孙连仲当即调集主力部队迎战，他先是将田镇南的第30军放在段集、方集方向，又将冯安邦的第42军调到身边，防守丰集和商城一线。
日军先与张金照的第30师激战，双方均发生了很大的伤亡，前沿阵地反复易手，阵地前后尸横遍野。
激战两昼夜之后，第30师承受不住巨大的伤亡，最终于11月9日晚守军撤出了方家集。
之后，日军仍以战车为先导，由航空兵直接掩护，这两个师团并列分多路攻向商城。
此外第16师团之一部则迂回至商城以北之河凤桥、八里滩、双门楼、十里头一带，即与田镇南的第30军展开了大规模的争夺战。
根据战场动态及预定计划，孙连仲总司令即令30军撤离商城，至以西及西南的白雀园、沙窝、小界岭、两路口，与宋希濂的第71军在这一横越大别山通向武汉的要道两侧设防，依托有利地形，坚决阻止日军由该地经麻城前出至武汉。
在撤离商城的时候，孙连仲哭了，他知道这一撤商城必将被小鬼子攻占，而他已经不知道有多少座城市在他的手里被小鬼子攻占了，作为一个军人他深感愧疚。
孙连仲出身于西北军，19岁参军，从小兵蛋子做起，算算至今已经有26年了，算得上是半生沉浮戎马一生了。
“七·七事变”的时候，孙连仲任第26路军总司令，属于杂牌军中的杂牌军，但他还是接受国民政府的调令，率部参战。
孙连仲所部先是在北平西南附近的房山、良乡，与敌第20师团对峙，接着又在石家庄以西的娘子关阻敌第20师团攻向太原而激战多日，以后被改编为第2集团军。
鲁南形势紧张时，孙连仲所部又由洛阳、郑州转战至徐州东北的台儿庄地区，经多次激战，打退了第10师团濑谷启少将配属有炮兵两个联队、装甲车两个中队、重机枪1个大队的第33旅团以及第5师团经加强的版本顺少将第21旅团的进攻，取得了保卫台儿庄地区作战的辉煌胜利。
那次作战，所属30军第31师之表现尤为突出，师长池峰城将军一直在台儿庄内指挥部队与敌拼杀，最后终于将在庄内之敌大部歼灭，迫使未逃脱之敌放火自焚。
徐州作战时，第2集团军仍在鲁南，着重打击敌第5师团，阻止其南下进入苏北、皖北平原。日军第5师团第9旅团参加作战的共为4390人，从4月26日至5月15日的20天中，该旅团即被孙连仲的部队击毙、击伤1401人，使其一时无法南下。
之后国民政府决定撤出徐州时，孙连仲的部队又掩护第5战区部队经涡阳、蒙城西撤。