5月18日晚7时30分，日军炮兵开始对洛阳城北国军上清宫阵地，猛烈炮击。
炮击一直持续到19日凌晨三时，日军67旅团随即向洛阳北外围阵地发起攻击。
守军第15军两个师利用山地和永备性钢筋水泥工事，辅之以交通壕、散兵壕、防坦克壕，并有密集的布雷区和铁丝网，用各种轻武器和迫击炮，对沿山区丘陵村庄及从麦田中运动的日军予以还击。
日军仓促发动攻击，遇到了15军65师强有力的反击。
在15军战士坚强抵抗下，日军的多次突击均被击退，激战终日，毫无进展。
19日，日军在各处发起的攻击均失利，攻击受阻。
向洛阳城北发起攻击的第67旅团独立步兵第137大队，被15军击溃。
日军进攻被迫停止。
64师师长刘献捷看到打退了鬼子。
他不由得感叹。“幸好楚云飞送来了2门机炮，2挺高射机枪，还有2支反坦克枪，不然还真的打不退鬼子。”
参谋长王宇震感叹说：“确实好用，怪不得楚云飞的部队那么能打。有这样好的武器，换成是我们，也一样能打啊！可惜，就是太少了！”
刘献捷遗憾地说：“是太少了。算了。人家肯送给我们都已经是够讲义气。哪里像老蒋那帮混蛋。说什么将士有守土之责，一寸山河一寸血。看到不妙了，他的嫡系部队跑的比谁都快。把我们留下来！”
王宇震对于蒋鼎文、汤恩伯他们几个不守洛阳，直接逃跑的作风十分不满，连带着对蒋介石也满是怒气。
“哎。谁叫我们15军的将士大部分都是本地人，我们都不守的话，还能靠谁！这样想来，楚云飞这家伙够厚道了。守住了龙门，还有大后方，我们才能集中兵力守北邙山。不像老蒋，光说不练。”
刘献捷说：“不说这个了。说了就晦气。只希望老蒋那帮人还记得洛阳是我们中国人的地方。在洛阳被鬼子攻克前，能按照约定，展开反攻。”
王宇震有些不太相信蒋鼎文当初的承诺。
只是现在也只能选择相信蒋鼎文了。
至少有个希望。
“我去前线巡逻一下，免得手下不尽心，让鬼子摸上来了！”
……
蒋介石也清楚洛阳的重要性，在日军的攻势被拖住，汤恩伯的第31集团军主力成功撤退到豫西山区后。
当即命令第5战区曹福林的第55军、第10战区的豫南挺进军发动反攻。
于5月19日连续收复确山、西平、遂平、漯河等县城。
原本计划北上围攻洛阳的日军第27师团被迫调去对付国军的反攻。
同时中美联合空军一部分也在蒋介石和陈纳德的强烈要求下，从缅甸和云南调回来，展开了对洛阳的支援。
5月19日，中美联合空军出动多批次，攻击洛阳附近的日军地面部队。
其中第4大队第21中队7架P40N战斗机，在高又新中队长带领下，对日军第三战车师团反复轰炸扫射，击毁其中10多辆战车，又摧毁30多辆汽车，沉重地打击了日军，更鼓舞了15军的士气。
让15军觉得很快，国军的反攻就会来的。
现在要做的就是坚守到援兵的到来。
虽然蒋介石派兵支援了洛阳，给日军造成不小的麻烦。
但是日军对洛阳是志在必得的。
冈村宁次大将对洛阳的进展情况十分不满，遂令12军司令官内山英太郎亲自督战。
5月20日凌晨5时，日军第12军司令官内山英太郎从郑州赶到洛阳。接管第63师团，全面负责攻打洛阳城的任务。
5月20日，日军开始总攻击，内山英太郎亲自指挥攻城。
下午一时日军炮兵向洛阳城区炮击，
日军首先集中炮兵和航空兵对北邙山进行轰炸，半日内发射炮弹八千余发。
随后，山路秀男的战车第三师团和野副昌德的第63师团按照各自的作战地段发起攻击。
战车第三师团决定以战车群掩护步兵，开抵突破口的防坦克壕外停止，然后以战车火炮和机枪摧毁敌军阵地上的堡垒和火力点;
在其掩护下抵达外壕的步兵，为战车和步兵群突入阵地做准备。
没有战防炮，无法阻挡日军战车在阵地上横冲直撞。
15军军长武廷麟下令能破坏敌战车者赏大洋一万。
64师士兵奋勇争先，使用集束手榴弹塞入日军战车履带内，或登上战车将手榴弹拉火后塞入其了望孔内。
双方激战至午夜，日军战车被炸毁多辆，但攻势不减。
当夜，战车视野不好，日军改以步兵为主，向守军发动猛烈夜袭。
“弟兄们，跟我上！”
194团2连连长韩昆拿着枪朝着日军鬼子冲了上去。
他看到有个手下子弹打光了来不及换弹夹，直接是和鬼子展开了白刃战。
但是这鬼子拼刺刀的技术可是很强的。
鬼子大吼一声，一个上前，猛然就将刺刀扎进了士兵的胸口。
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