不過兩次沖鋒失敗也使山坡上的大部分地雷被引爆，而且日軍的輕型火炮和擲彈筒也給川軍造成了一定的損害；所以當日軍得到增援發起第三波沖鋒時雙方優劣易位，雖然川軍以一排一排的手榴彈還是不斷將日軍炸飛，而後方日軍依舊不斷擁上、逐漸接近，機步槍開始對射，前幾個月川軍老兵的嚴重損失使此時軍中也有不少新兵，固然我用大量復裝子彈加以訓練，但在如此激烈的對戰中新兵膽怯的特性逐漸發散，縱使還有老兵們在左右戰斗，新兵們的射擊和投彈精準度也直線下降；與此相反，日軍補充的全為經過現役訓練的預備役士兵，在武士道精神支撐下，不顧傷亡、依舊一波接一波擁上山頭；終于第124聯隊首先沖上獅子山與**第875團進入短兵相接；雙方昏暗中一面對面，各自就都吃了大虧，因為雙方後排的士兵一起向對方後排不斷投擲手榴彈，連續不斷的爆炸不但導致雙方大片死傷還將正在短兵相接的士兵和後續部隊隔開。雙方數百人就揮舞著步槍和大刀在稜線上展開拼殺，片刻後硝煙散去，雙方後續部隊再次擁上，前方的肉博戰已近尾聲，體格明顯吃虧的**已經死傷大半，剩下的傷兵不斷引爆手榴彈跟敵同歸于盡。如此反復拼殺三個回合，875團三個營的步槍兵和擲彈兵傷亡幾盡，剩余官兵借著夜色向東南方向撤出戰斗。
不久之後，崇林山守軍在將日軍再次趕下山坡後限于後續兵力不足也乘勢南撤。但**依托石頭嶺和笠帽山，不斷發射迫擊炮彈繼續轟擊正不斷東進的大隊日軍，使牛島貞雄在後續的友軍面前大丟顏面，更糟糕的是牛島為保持先鋒位置，之前已經下令所屬于第23旅團和師團搜索隊搶先東進，此時只能繼續依靠第35旅團發起進攻；不過野戰炮第12聯隊一部分已經開到，以8門野炮炮擊為火力準備，牛島拼湊了4個大隊再度發起進攻，山上守軍是第871團和876團整編的4個營，依托山勢傾瀉火力將一批批日軍打倒炸飛，而日軍的火力卻在黑暗中難以有效發揮，只能不斷依靠步兵的犧牲緩慢推進；結果一直打到近4點才因**主動撤退而奪取兩個山頭。
5月3日黎明，軍樂隊再次閃亮登場，在上海市民歡呼喝彩聲中，在各國記者鎂光燈閃爍中，李覺率第19師官兵踏著還算整齊的軍步邁進上海市區（當然只是國府控制的部分），這一消息很快就通過電波在全世界引起一片嘩然。不過日軍早在幾小時之前主動放棄了南市等地區，以第104師團為主的3萬多部隊全部聚集在從吳淞至公共租界之間的北部地區、背靠黃浦江固守待援。
徐州
「爺叔，剛剛收到我軍進入上海（南市）的消息。」蔣孝鎮一路小跑過來報告。
一貫早起正在道台衙門（歷史上的第五戰區總司令部所在地）西花園踱步的蔣介石沒有表情的回問︰「子安沒有電報來？」
「沒有。最後一封是凌晨4時來的日軍主力轉向東進已攻破我軍南陵附近防線的電報。」
「連雲港方面怎麼樣了？」
「20分鐘前來電日軍繼續以重炮轟擊我軍陣地，但未發動地面進攻。不過……」
「不過什麼？」
「據給西北軍運送補給的弟兄回報，除一線的55軍外，韓副總司令（歷史上抗戰初期韓復 擔任第五戰區副司令兼第3集團軍司令）率領的其余部隊似乎有隨時準備跑路的意思。」
「還反了他了？去請健生、蔚文他們來，把辭修、伯陵也叫來。」
就在此時日軍的地面進攻已經開始，日軍重炮再次延伸射擊的同時，已經借著炮擊推進一千多米的一線日軍呈分隊狀開始加速，慢跑幾百米後迅速推進切入早已被炸的千創百孔的**前沿陣地，守備的**縱有還算堅固的單兵掩體但也已經被一天一夜的重炮、重彈炸的損失大半，此刻抵抗輕微，零星的槍聲和爆炸聲之後被日軍迅速突破。7時不到，一線陣地的核心白塔埠被日軍攻佔。
不過對于這種結果，曹福林和李漢章還是早有預料的，畢竟一線陣地已被之前長時間的重炮和重彈炸的不成樣子，許多官兵或損或退，實際兵力部署很少；而西北軍還有更堅固的依托隴海路南側的主陣地可以支持，只要玉平山、紅土山一線主陣地在手，日軍就別想使用隴海路。但日軍攻克白塔埠之後並未立即對西南方向幾里遠的**主陣地發起進攻，而是轉向西北、沿隴海路北側的平原向西推進；但新任師團長安井藤治立即就發覺闖進了地雷陣，縱使分散隊形前進，幾百米距離就引爆了上百枚地雷。可惜未等**慶賀，轟隆隆的響聲自東邊傳來，不久之後就變成鋪天蓋地的巨響，隨即數百台戰車和裝甲車在煙霧中展現出身影，沿著第2師團剛剛開闢的通路沿著隴海路北側滾滾西進。不斷有地雷被壓爆，但可惜只是反步兵地雷，不要說89式戰車，就是對‘豆’坦克和裝甲車幾乎沒有殺傷力，只有伴隨前進的步兵才有個別倒霉的被炸飛；不斷有西北軍士兵投擲手雷，但面對密集的日軍火力射擊，成功擊中日軍裝甲目標者寥寥無幾；37高平兩用炮？西北軍連37戰防炮甚至20小炮也沒有啊？
在第2師團步兵伴隨前進掩護下，第3、第4戰車聯隊並列前行，一路壓過**數道殘破的陣地，期間唯一的反戰車壕溝及幾條小河溝也只阻擋片刻，就被日軍早有準備、伴隨裝甲部隊前進的的第1機動工兵聯隊填平；西北軍上下根本沒見過這種場面，少數見過戰車、裝甲車的也不過是寥寥數輛，面對如此眾多難以摧毀的鋼鐵野獸，即使以多年老兵組成的55軍大部隊也很快崩潰了，特別是平原地區可以遠觀敵軍龐大的攻擊陣容，巨大的威懾力導致大批西北軍官兵乘著日軍還未逼近就跳出戰壕和掩體逃跑，各級指揮官彈壓不住後，或主動或被挾著加入逃跑的行列。于是，一個小時後日軍裝甲部隊就壓過石榴鎮，宣告第29師主防御帶崩盤。
稍微休整後日軍第一戰車團（日軍中的「團」相當于旅，日軍的「聯隊」才相當于團，但都比**同級規模為大）在安岡中將指揮下，在剛換上陣的河村恭輔第1師團掩護下繼續西進，幾乎無損通過**兩道陣地之間向韓復 的第二道防線沖去。但此時韓復 已經跑路了，早有準備的三個師長甚至跑的更快，在一接到命令後就率領早已準備開拔的部隊向北逃跑了；把還故作矜持的韓復 弄的尷尬不已，由于日軍裝甲部隊比他預料快的多的速度從北面迂回逼近，導致跑慢了一步的韓復 只能改道南撤，本來擔任預備隊的手槍旅被拉上去掩護總部撤退。
上午11時，吳化文率部和日軍在石湖鎮遭遇，第4戰車聯隊並未進鎮而是在第49聯隊掩護下往西面繞行，投入石湖鎮爭奪的是第1聯隊的步兵，手槍旅憑借大量裝備的駁殼槍及沖鋒槍、手榴彈與精銳的日軍第1聯隊在房舍間大打出手，雙方迅即死傷一片，精貴的第1聯隊不願死拼，河村恭輔更不願擁有大量貴族官兵的第1聯隊損失而下令撤出鎮中爭奪；但鎮外的戰斗正好相反，跟隨推進上來的第2師團第29聯隊對手槍旅第1團，在一部分戰車掩護下，拿著手槍、哪怕是號稱手槍之王的駁殼槍和部分沖鋒槍的**官兵也在遠程上根本無法和步機槍對抗，加上戰車炮和特重車載機槍在平原上的強大壓制，第1團（原韓復 警衛團）幾乎立即就被打的潰不成軍、四散逃跑；等鎮里的吳化文得到報告下令撤退已經晚了，除先跑的第1團殘部及拉在後面又搶先逃跑的部分直屬隊外，手槍旅主力已經被日軍合圍在石湖鎮中；只日軍為追趕韓復 司令部和韓的主力各師並未立即對鎮里發動進攻，只以部分部隊看守、主力繼續西進。
「總司令不要我們了。」
「要麼戰死要麼投降，就兩條路自己選。」
「日軍怎麼從東南面過來的？」
「曹福林見總司令一跑就放棄玉平山、紅土山跟著向南逃跑了，日軍乘機過來想包餃子；總司令跑了，我們顛背。」
「總司令這一敗一退也快完了，我們就是能跑出去也沒好果子吃。」
「跑出去？現在才中午，天黑前根本沒可能。」
「那我們就降了吧！反正投降的**也不是我們一家。」
下午3時余，日軍第1、第2師團和第1戰車團組成的突擊兵團沖過洪莊鎮後，因大量戰車需要保養維修才告第一天攻勢結束；**大敗。
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