就在日军在中国军队阵地后方展开之时，中国军队一直隐蔽的十余个炮群、上百门的火炮开始怒吼了起来，其中几十门105毫米以上大口径火炮对日军纵深炮兵阵地进行了急袭，而其余火炮则对日军深入阵地的日军展开了密集轰击。
同时，十二集团军早已蓄势待发的三十余辆坦克和装甲车，掀掉了车身上覆盖的伪装网，吐着浓密的黑烟，从正面和侧翼发疯般的向被日军突破的地段展开了迅猛突击，一路势如破竹、无可阻挡，在两侧步兵的配合之下，很快就肃清了掩体内的日军，成功的重新封锁住了缺口，并迅速布置好了两面防线。
而分兵试图合围中国军队的日军在短暂攻击后才发现，中国军队阵地的纵深远不止是三公里左右，在这个距离的后面，还有两条隐秘的战壕和大量伏兵，即便是原来暴露的纵深内，大部分区域也两三百米间设就有一个暗堡群或是刚用麻袋垒堆、缘木盖顶的环形工事，不管从哪个方向都可以构成严密的火力网，致使自己的攻击队形根本无法展开。
更为要命的是，一些本可以通行的河渠堤岸和田间道路竟被挖开了无数巨大的豁口，让几十门骡马拖拽的步兵炮车根本无法随步兵跟进，这就失去了打击中国军队坚固火力点的最有效手段。
这下日军终于明白了，中国军队是设置好了陷阱等着自己往里跳，其意图是想把深入其纵深的近两万人一口吞掉。
负责指挥这次作战行动的日军第十一师团师团长山保宗武在得知这一情况后，当即大吐一口血就倒地不醒，而此时十一师团旗下的两个旅团长都陷在了中方阵地之内，所以师团的指挥权只得由参谋长片村四十八大佐临时接任。
而日军上海派遣军司令官松井石根闻讯也发了急，一面命令陆军和海军航空兵对中国阵地进行彻底轰炸，一面急令片村四十八组织部队在内外两线同时实施突围和接应。
松井石根知道仅这样还完全不够，可等他接下来再想就近抽调兵力赶赴右翼增援时，却传来了中国军队在淞沪全线多个地段发起了反击的消息。
松井石根见前线无法抽出足够兵力，只得电令从本土增援来还在途中的一个旅团加速赶往吴淞和月浦两地登陆。但运输这个旅团的船队距吴淞口尚有一百多海里，要想将其运抵登陆并投入战场至少需要十七个小时，松井石根袖子只能期盼第十一师团和配属部队能够坚持到那个时候。
但这已经是不可能的了。
在缺口即将封闭之时，六十六军的三个师已经以大部兵力从北、东、南三个方向对陷入重围的日军发起了攻击，十八军则以两个师扼守住西面阵地，而前沿部队也连续打退了合围圈外的日军的两次虽是凶猛、但规模却不算很大的进攻。
十五集团军的作战决心是晚上十点之前彻底消灭被围日军，并于凌晨三点完成换防。
而谢昌云给六十六军的命令则是：“不惜代价，冲上却和敌人搅在一起就是胜利！”
一方突围无望，只能做困兽犹斗；而另一方则想利用混战来躲避一波波敌机的轰炸扫射。所以，双方谁也不敢手软一分，使这场战斗从一开始就打得天昏地暗。
六十六军此时的进攻已不容他们再按部就班、从容不迫了，各部在近程火炮和固定火力点的掩护之下，以坦克装甲车为先导，向日军的临时构成的防御圈发起了极为猛烈的进攻。
而日军只要是稍有稳定，其精确的枪法和熟练战术动作也开始发挥了出来，许多奔跑中的六十六军士兵都被子弹或手榴弹破片击中倒在了地上。
但中国官兵们在这个决战时刻都抱定了为民族而牺牲的坚强信念，一个个毫不畏死、前赴后继，很快就逼近到了距日军五六十米的地方。而在这个距离上，则完全是中国军队近距离自动火器的天下了。
伴随着泼水似的弹雨掩护，六十六军的装甲部队首先突入了敌阵，接着，数不清的步兵也如巨潮般的漫入了上来，日军所散布之处，到处都响起了三六式武器连续而短促的射击声，并不时伴有日军自杀性手榴弹的爆炸声。
飞临战场上空的日军飞行员从天上往下看去，整个阵地上都是浅绿色和米黄色交织在一起的身影，相对集中的地方竟有大小不同上百处之多，根本无法认定目标，最后只得把宝贵的航弹扔到了认为还有价值的其他地方。也有气恼之极的日军飞行员，竟把中国的村镇和嘉定县城当做了其发泄的目标。
随着太阳接近了地平线，天空中再也看不到了日军飞机的踪迹。
六十六军随即把所有的预备队全都投入到了战场中，而勤杂部队则和友军一起展开了大规模的战地救治行动。
由于解除了来自空中的威胁，所以在距主战场五公里处的一个掩蔽部里，谢昌云放下望远镜后，就对陈诚等将校说了四个字：
“大局已定！”
对六十六军的情况，谢督战官最有发言权，他此刻说出了这样肯定的话，让掩蔽部里的人顿时如释重负，脸上都呈现出欣喜的表情。
而在更靠近前线的各指挥所里，从广东和芜湖赶来观战的十二集团军的军长师长们，都已经在击掌相庆了。
晚上九点二十五分，随着日军二十二旅团旅团长黑岩义胜在内的数百名最后顽抗的日军被击毙，“落叶”行动终于画上了句号。
“马上统计伤亡！”谢昌云在电话里对蔡南大声喊着。此刻歼敌多少对他来说只是一个数字而已，一场搏杀下来，部队的损失如何才是最为重要的事。
十五集团军给军事委员会和第三战区的报捷电报于九点五十分就发出了，上报的歼敌数是三万三千七百人，而这时距战斗结束刚过了不到半个小时，实际歼敌数还根本没有统计出来。