泽田茂于5月11日即在杭州设立前进指挥所。东京日军大本营为监督泽田茂执行大本营作战方案，命畑俊六于19日飞到杭州，召见泽田和唐川参谋长进行部署。泽田急于建立战功，当天即乘坐汽艇去前方督战，不料其先遣队乘坐的大型机艇在义桥下游触雷沉没，有十一人被炸死，若干人负伤。泽田幸免于死，自杭州改乘汽车和骑马，于21日下午赶到诸暨，设立司令部前进指挥所，指挥各兵团迅速进军，抢在上官云相率第三十二集团军主力由皖南到达前进入金华和衢州。22日下午6时，泽田对所属下达如下命令：
一、第三十二师团主力进入寿昌东南方地区。二、第十五师团进入马涧市附近。三、第七十师团进入孝顺西方地区。四、河野旅团进入金华东南方地区。五、第二十二师团进入武义附近。上述各师团分别进入指定地区后，开始进攻前的准备。
同时，泽田还命令第一一六师团和第三十二师团不准休息，继续前进，按时进入建德南方地区。
重庆军事委员会决定，这次浙赣路作战采取薛岳在长沙保卫战的方针，将敌军放进来，使之顿兵于坚城之下，敌在交通线延长、补给困难的不利形势下，势将被迫撤围而去。故日军中央集团的酒井、大城户两师团及河野、小菌江两混成旅团，从15日由驻地出动起，即未遭受部署在浙赣路正面的何绍周、冯圣法两军的坚决抵抗。酒井师团于24日进抵兰溪附近，而左翼集团之大城户、内田师团也分别进入武义附近和金华东南地区。武内、井出两师团也于23日傍晚，以部分兵力从建德附近抢渡新安江，向寿昌方向进展。正当泽田茂部署完毕，将发动对金华、兰溪围攻时，王敬久已下令放弃金华，向衢州既设阵地退却。泽田茂为捕捉战机，于24日下午4时30分向全军下达了向衢州追击的命令。
为了进行衢州会战，蒋介石于5月19日亦部署张文清第二十五军于衢州以北，丁治磐第二十六军于衢州西北，王铁汉第四十九军在衢州以西，王耀武第七十四军在衢州西南地区，对进攻衢州之敌采取内外合击的态势。
第三战区根据蒋的指令，除将主力后退到龙游以西，集结兵力，加强衢州、玉山防御力量外，仍留下冯圣法、何绍周、陶柳军的各一部在新安江、兰溪江、金华江一带阻止日军前进，并在富春江、浦阳江沿岸部署炮兵，射击来往船只，又在浙赣铁路两旁派出游击队进行袭扰。故泽田茂夺取浙赣路和飞机场，便付出了相当大的代价。日军各部在向衢州前进时，武内、井出两师团在建德附近遭到曾戛初预备第五师的坚强抵抗，迟滞了该两师的渡江。酒井师团向兰溪前进时，遭到了据守该地的赵锡田第六十三师的顽强抵抗，特别是内田师团在进攻金华的战斗中，除遭到何绍周第八十八军主力的抵抗外，防守金华正面阵地的段霖茂第七十九师的抵抗尤其顽强。从24日起，泽田茂指挥所属的酒井、大城户、内田三个师团和河野混成旅团对守备金华、兰溪两城的赵锡田、段霖茂和罗君彤、张銮基等师发动进攻，至5月28日，付出重大伤亡的代价，才夺取了两城。第七十师团原由驻宁波的独立混成第二十旅团新扩编成师，泽田茂为锻炼该师团的作战能力，特分配其担任对金华城的攻坚任务。据该师团内田师团长战后回忆，他的军队在攻城时要突破金华城外南北延长约八公里的阵地，全部筑有正规工事，在要害处设有大规模的水泥碉堡特大火力点，并有一系列的铁丝网、鹿砦、坦克壕等障碍物，该师团以缺乏炮兵的四个步兵大队担任攻坚，艰苦奋战，难以想象；在金华、兰溪附近阵地中及阵地之间的主要交通线上，埋设了无数地雷，因此，他的军队遭受了严重损失。担任进攻兰溪的第十五师团损失尤其严重。这个师系中国派遣军总司令部的警卫师，长期卫戍南京附近地区，向来以御林军自居。这次调来参加浙赣路作战，师团长酒井直次于5月28日上午，骑马去兰溪前线指挥战斗，却触发地雷，当场毙命。这是我国抗战爆发后在战场上击毙的唯一一名日军师团长，沉重打击了日本军阀的疯狂气焰。
如上所述，蒋介石对浙赣路作战是采取薛岳守长沙的方法，以莫与硕第八十六军①为主力保卫衢州，而以装备窳劣的川、湘地方军和刘珍年残部防守金华和兰溪。但战役发展的结果是，这些杂牌部队在金、兰予日军以很大杀伤后，均顺利突出重围。蒋、顾部署主力莫与硕守城，而以战斗力最强的王耀武、丁治磐、王铁汉、张文清等四个军在外围，对攻城日军进行围歼。但从6月2日起，畑俊六命令阿南惟畿率第十一军几个师渡过了赣江，3日夺取了赣东战略要地临川，三、九两战区的联系被切断，衢州前线大军腹背受敌，重庆统帅部遂放弃了衢州会战方案。
畑俊六为抢在蒋介石派遣的援军集结浙赣路西段战略要点前攻下衢州，夺取金兰后，部队未经休整，即命令泽田茂指挥第十三军四个师团另两个旅团冒着倾盆大雨，从寿昌、龙游、永昌一线向西，阿南惟畿指挥第十一军两个师团另一个旅团和三个联队，从三江口、莲塘、余干一线东进，夹击我方保卫上饶、玉山、衢州的部队。泽田于5月30日18时在金华前进指挥所下达了第十三军作命甲第一○三号命令，要点如下：
一、军正面之敌情及衢州附近敌军阵地情况，见登战参情电第八十八、第八十九以及附图。
二、军将置重点于左翼，以捕捉并歼灭衢州附近之敌。
三、第三十二师团于6月1日开始行动，在当日傍晚已前进至上源，泰山埠一线，从6月3日拂晓，开始向正面敌军阵地发起攻击。尤其应以部分兵从沿大源岭、芒村市道路的地区，向常山方向前进，以切断敌军退路。
四、第一一六师团于6月1日傍晚以前，进至天霞岗、太慷一线，从6月3日拂晓开始
向正面敌军阵地发起攻击。
五、河野旅团从6月1日开始行动，当日傍晚进至下山溪左岸高地，从6月3日拂晓开始向正面之敌军阵地发起攻击。因第十五师团转进，须在5月31日12时以后，将龙游联结曹家一线以东的道路打开。
六、第十五师团迅速向龙游南方地区转进，6月1日从雨井、树底附近出发，当日傍晚进至下山溪左高地，从6月3日拂晓开始向正面阵地发起攻击。
七、第二十二师团于6月1日开始行动，于当日晚进至灰山、白西坑一线。从6月3日开始对正面敌阵发起攻击。八、作战地区划分（另电）。
九、小菌江旅团于6月3日12时前，派步兵一大队赴汤溪，其余主力在龙游集结，特别对遂昌、宜平方面应加强警戒。
十、余现在金华。6月1日清晨从当地出发，当日傍晚抵达龙游。
泽田6月30日部署小菌江混成旅团于龙游地区，对遂昌、宜平方向警戒，防御王耀武第七十四军、王铁汉第四十九军从左翼侧击；内田第七十师团于肃清金华我国守军的抵抗，迅速转移到厚大溪以西迄龙游附近以东地区，加强对上方阵方向的警戒，以御防张文清第二十五军，丁治磐第二十六军从右翼对日军侧击，并保护衢州、龙游、兰溪、金华交通线的安全，以保障日军各部按泽田指定的期限到达攻击位置。
6月3日拂晓，日军各部按照作战计划对防守衢州的我国军队发起全面攻击。防守浙赣路金衢段阵地的方日英师和暂十三师顽强阻击，战至傍晚，沿衢江右岸进攻的石川（继酒井直次代理第十五师团长）、大城户两师团进展至乌溪江右岸高地一线，石川师团之一部并进展至左岸；河野旅团左翼联结乌溪江线，右翼两个大队在樟树潭以南高地铁路线上攻击前进。沿衢江左岸进攻的武内师团进展至衢州北侧台端一线，井出师团进至衢州以北姜家坞附近。各路日军虽分别遭到王耀武、丁治磐、张文清、王铁汉四个军的侧击，但仍在飞机掩护下突破城东北和东南阵地的陈颐鼎、曹五珩、张灵甫三师的阵地，向据守城垣的谢团发动猛攻。
3日夜天降大雨，河水暴涨，民船也被守军凿沉，但石川师团主力仍于4日拂晓渡过乌溪江，于中午推进至衢州南方及西南方地区。傍晚，以部分兵力向江山港一线，主力则向衢州突进，该师团在前进途中，曾与沿乌溪江左（西）岸北上的余程万、李天霞两师各一部不期而遇，双方展开激烈战斗。河野旅团沿铁路线西进，因铁路桥被炸断，遂停留在东岸，不能渡过乌溪江。大城户师团有一部分兵力渡河成功，进至石川师团的南侧，协助该师团反击王耀武军后继续前进。沿衢江左岸前进的井出师团，于傍晚进展到衢州西南的东镇附近，其一部在常山港南岸站住脚跟，切断了衢州守军向常山的退路。武内师团也跟随前进，到达衢江一线。由于连日暴雨，渡河困难，南北两路来援的我国军队大多未能及时赶到战场，予前进之敌以侧击。日军亦因河水暴涨，除石川师团主力渡过乌溪江外，其他师团均为洪水所阻，停滞在江东岸。为支援石川师团攻取衢州城，泽田茂命令井出、大城户两师团渡过常山港，迂回到江山后溪街方面，以保障攻城部队的安全。
6月6日晨，日军对衢州的攻城战斗开始了。这时河野旅团已修好铁路桥，部队及时渡过乌溪江，逼近衢州城北。担任主攻任务的石川师团，则从衢州城南铁路沿线附近和西南地区压迫衢州城郊的我国守军。同时，石川师团和河野旅团派遣部分兵力于8时15分抢占衢州飞机场。配属石川师团的常冈独立混成第二联队一部攻占设于衢州西南营盘的航空学校。至此，衢州城遂被日军石川、河野、常冈等部包围。
战至晚8时40分，终被石川师团仓桥步兵第六十联队及常冈独立混成第三联队分别占领南大门及中南门。午夜，河野旅团的国井大队攻占北门及城墙的西北角，后藤大队占领东北门，与守衢州的莫与硕第八十六军的曹振锋第十六师、陈颐鼎第六十七师展开激烈的战斗。
泽田茂指挥部队将衢州合围后，于6日下午1时，以十三军"作命甲第一一四号"命令派井出师团经常山向玉山方向追击；大城户师团经江山及八都镇向上饶方向追击；石川师团完成对衢州的占领后，向广丰方向追击。
为了配合泽田茂第十三军作战，畑俊六命令阿南惟畿指挥其第十一军的高桥多贺二第三师团，大贺茂第三十四师团，竹原三郎第六步兵旅团及今井、井手、平野等三个联队于5月31日夜，分别从谢埠市、沙埠潭、三江口出发，击溃防守河岸的江西几个保安团后，于6月2日分别渡过了赣江。为支援顾祝同保卫浙赣路，蒋介石于日军由杭州出动的翌日，即以"铣亥机谕手启电"命令薛岳抽调夏楚中、欧震两军由湖南向江西开拔。正值雨季，山洪暴发，再加上缺乏渡河装备，迟滞了军队的运动，致夏楚中军在孙渡第五十八军掩护下，于6月3日酉刻赶到临川城郊时，日军高桥第三师团已于3日未刻抢占临川城。临川为赣东重要战略支点，据守临川即可高屋建瓴，拊进攻浙赣路西段日军之背，可惜夏军晚到了一步。为夺回临川，夏军向据守之敌反攻，力战不胜。薛岳为牵制阿南挥军东进，遂集结欧震、孙渡、夏楚中三个军，于12日起向侵占临川、崇仁、宜黄之敌发起围攻。阿南除以主力与欧、孙、夏三军纠缠使其不得东援外，另以一部于11日发起浙赣路作战，15、16两日在第二十九独立飞行队的配合下，击败据守鹰潭的刘广济第一百军，进占鹰潭和贵溪。
泽田茂第十三军6月7日攻下衢州，命令外围各军向常山、玉山、上饶追击。顾祝同第三战区来不及调整态势，未能进行坚决抵抗，致日军于11日夺取江山，12日攻下玉山，14日连下广丰和第三战区长官部所在地上饶。为了支援第十三军打通浙赣线，6月24日，畑俊六命令第十一军于30日配合行动。阿南将任务下达给第三十四师团，大贺茂命令岩永汪步兵团长率三个步兵联队和一个炮兵联队，30日由贵溪出发，7月1日10时30分在横峰附近与西进的第十三军二十二师团谷津爱三郎步兵团长所率部队会师。至此，浙赣路被日军打通。
畑俊六为消除美空军对其本国的威胁，除进行上述作战外，还命令第十三军进行沿海作战。泽田茂于6月15日命令蒙疆来的小菌江旅团，于6月16日由龙游出动，向丽水方向进攻，排除了冯圣法暂九军的抵抗，于24日攻占丽水，将飞机场彻底破坏后，将防务移交给内田师团。又于7月7日由丽水出动，在海军配合下，于11日攻克瑞安和温州，封闭了我国通外的海口，破坏了可资美军潜艇利用的设施。同时，泽田派原田旅团于7月29日，由龙游南方地区沿松阳溪南下，攻击李觉指挥的第二十五集团军各部，攻取松阳，以掩护小菌江旅团沿海作战。至此，畑俊六基本上完成了东京参谋本部下达的"彻底摧毁浙东的敌飞行基地，粉碎来自该方英美中航空势力轰炸帝国本土之意图"的任务。
日军每次发动进攻战役，由于战线延长，补给困难，都是在大量杀伤我官兵、掠夺物资后即行撤退。重庆统帅部却往往借此宣传，号称大捷。但这次作战日军在夺取大量物资，包括重要战略物资--金华等地的萤石矿石之后仍未撤走。他们甚至从关东军调来两个铁道联队，将随军拆除的浙赣路轨和器材运走，战争一直持续了两个多月。6月中旬，顾祝同曾组织退据信江南岸的丁治磐、王铁汉、王耀武三个军反攻上饶、广丰，但未获成功，遂将主力撤往闽北、赣东山区整顿，王耀武等突击军也调回九战区。直到8月中旬，日东京大本营认为其中国派遣军已完全摧毁衢州、玉山、丽水等地的空军基地和沿海舰艇停泊港，始准许参战各部陆续返防。但为了控制浙东地区，仍留下大城户第二十二师团驻守诸暨、浦江、兰溪、金华、武义、义乌一线；内田孝行第七十师团警备宁波、绍兴、嵊县、奉化和沿海口岸。第十一军各部完成牵制九战区部队援助三战区的作战任务后，也于8月19日从第一线撤退。这次浙赣线和沿海作战至此结束。
二日军打通浙赣路战役中日双方战斗序列
（一）中国军队方面
第三战区司令长官顾祝同副司令长官刘建绪唐式遵上官云相参谋长邹文华。
十集团军总司令王敬久副总司令彭善第八十六军军长莫与硕。
第十六师师长曹振铎第六十七师师长陈颐鼎第七十九师师长段霖茂第四十九军军长王铁汉第二十六师师长王克俊第一○五师师长应鸿轮预备第九师师长张言传第二十三集团军总司令唐式遵。
第二十一军军长陈万仞第一四六师师长石照益第一四七师师长章安平第一四八师师长潘左第五十军军长范子英第一四四师师长唐明照第一四五师师长孟浩然新编第七师师长田钟毅。