三、第十二军以主力向宜阳方面进行中；坦克第三师团今晚由洛阳西方地区开始行动，预定应向洛宁方面挺进；骑兵第四旅团今晨由平等（今伊川）以西三、四里处向洛宁方面急速行进中。
第一一○师团预定今晚进至宜阳附近；第三十七师团正在伊阳西方地区扫荡汤恩伯的败军，其一联队预定向卢氏追击；第六十二师团今晚由临妆镇西方地区向宜阳附近前进中。
四、第一军今晚派独立混成第三旅团进至陕石镇（渑池西约二十八公里），第六十九师团今晚到达新安附近，正在攻击正面前的敌军。
五，野付兵团今晚由洛阳西北二十公里附近向新安方向急进中。
这时，汤恩伯系主力王仲廉集团军在临汝大雄山地区已被击溃，汤恩伯已和作战部队脱离，犹每日以捏造的战报向蒋介石"报捷"。蒋介石亦误以为汤尚掌握实力，遂于5月13日午夜以电话指示蒋鼎文谓：汤兵团已到达韩城、宜阳一带，令刘戡兵团及赵寿山第三十八军配合汤兵团进攻洛阳附近之日军。实际上汤兵团仅有四个营的兵力到达韩城，当刘戡、赵寿山正在日军侧背运动时，这四个营已被击溃，刘戡兵团反遭占领白杨且拥有二十余辆坦克车之日军袭击。而据守宜阳的李振清一○六师两个团也已被日军围攻多日。在此危急时刻，蒋鼎文遂断然处置，令赵寿山军迅速占领韩城以东既设阵地，李兴中军占领温村南北之线阻敌西进，并掩护刘戡兵团及李家钰、高树勋两集团军向西转移。不料赵寿山率部到达韩城时，守宜阳的马法五部李振清师已经转移，进占宜阳的日军本乡师团三千余人附坦克车七八十辆已向韩城冲来。该军部署未毕而突遭强袭，阵地遂被突破。这时刘戡兵团刚开到洛宁，蒋鼎文遂令其迅速占领三乡镇南北之线阻敌西进，并掩护孙蔚如集团在长水镇西北地区集结。刘兵团尚未占领三乡镇，由韩城出动的本乡师团主力和佐武坦克旅团已于5月16日突过三乡镇和洛宁，17日晨已逼中山镇。同时沿洛水北岸犯长水之林芳一一○师团，亦未遭到八战区预八师的强劲抵抗，日军遂沿洛水北岸长驱而入。从此，蒋鼎文指挥的各集团军在宜卢公路沿线再也建立不起一道防线，只有向陕南溃逃。5月18日下午7时，蒋鼎文和汤恩伯以电话互通军事情况。蒋告以日军主力沿洛水南下的紧急情况。汤谓已饬全瑛九十一师派一个团开抵卢氏，可归蒋指挥。经蒋与汤协商，速令该团开卢氏以南之十八盘，配合预八师防守这一要隘。不料九十一师竟不从命。预八师正与沿洛水北岸前进之日军一一○师团于十八盘西侧搏斗之际，日军三十七师团长野师团长由嵩县派出的冈村联队，沿着山径陡路于20日晨进抵十八盘左侧，该处仅有由登封溃退下来的陈瑞珂第九军两个连防守，很快被冈村联队攻下。同时长野派遣的另一挺进队也袭占了卢氏城，截断蒋鼎文指挥的部队退往陕南的通路。至此，蒋亦对部队失去控制。
经卢氏南撤之路既被日军堵塞，各部只有进入崤山山区，通过崎岖的深山小路进入潼关以东与八战区部队会合，再图反攻。不料日军藤田骑兵旅团已抢先夺取了长水镇隘路口，刘戡、高树勋、李家钰等集团集中在长水镇以西地区，遭受北来的日军林芳一一○师团、山路坦克师团及吉本第一军一部的截击，东、南两面又有长野、本乡两师团及藤田骑兵旅团的进逼。各部陷入混战状态，沿途又遭受地主豪强控制的武装的困扰，大部队来则闭砦门不纳，断绝饮食，小部队路过则收缴武器，使抗战部队陷入了困境，人员武器损失过半，第三十六集团军总司令李家钰就是在这次大溃退中被日军击毙的。李字其相，为四川小军阀之一，民国以来的上百次四川内战中，每次均少不了他，曾给川北人民以很大灾难，但在民族抗战中找到了光荣的归宿。
日军对洛阳城的进攻，本已于5月11日开始。当日拂晓，日军山路坦克师团的佐武第六旅团附以机动炮兵第三联队、机动步兵第三联队配合林芳太郎第一一○师团的一部，突破刘戡兵团在龙门以南的防线，包围了洛阳城。当时因日军第一军军长吉本贞一督率三个旅团，已由狂口、白狼渡过黄河，击破高树勋的新八军直驱渑池。蒋鼎文遂将刘戡兵团转移到洛水西岸新安、宜阳地区侧击敌人，而以武廷麟第十五军及刘戡兵团之九十四师守备洛阳城。如前所述，山内不同意东条和冈村宁次立即夺取洛阳，放松对汤恩伯、蒋鼎文败军乘胜追击的方针，坚持留少部分部队监围洛阳守军，而以主力沿洛河河谷追歼蒋鼎文军。故冈村新组建的菊兵团14日接替山路和林芳师团防务后，曾派白马寺和尚持野付昌德师团长的信入城劝降，被守军拒绝后，也曾不断发起进攻，终因兵力单薄，均被守城的部队奋勇击退，未取得任何进展。
洛阳位于豫西平原，东西有虎牢、崤函之险，南北有黄河、伊洛之阻，而附郭又有邙山、龙山环抱，形势极其险要。抗战军兴，洛阳被选为第一战区长官驻地后，蒋介石即在德、美等国军事顾问指导下，以上青宫和白马坡两要冲为中心，利用沟壕修筑了反坦克壕和混凝土火力点；在洛阳城的南面，也修筑了众多的反坦克壕和火力点，形成坚固的外围阵地。在城内除利用旧城廓改造成无数步兵火力点外，还修筑了无数交通截断壕和碉堡，并修筑了无数地下暗道，将这些工事联系起来，形成了难以攻陷的坚固要塞。守洛阳的主力武廷麟第十五军和汤恩伯抓壮丁组建而成的新编师不同，它是刘镇华、刘茂恩弟兄在辛亥革命期间以嵩县羊山绿林组成的悍匪武装，袁世凯当政后改编为镇嵩军。刘氏兄弟依靠这支武装，参加了民国以来历次军阀在陕西、河南地区的混战和蒋介石围剿红军的战争，而且这些部队官佐的财产均在洛阳地区，故作战特别卖力。因此，日军菊兵团司令官野付昌德指挥一个师团另一个步兵旅团和一个野战补充队，从5月13日接替山路坦克师团的佐武旅团和吉松机动联队的防务以来，始终未能攻下洛阳。
5月23日，内山指挥的在洛河河谷追歼蒋鼎文军的战斗已取得重大战果，遂将战斗司令部迁到孙旗屯，从野付昌德手中接过进攻洛阳的任务，并将攻城部队的部署作了如下调整：本乡师团（步兵六个大队，坦克两个中队，炮兵三个大队为基干）重点攻击洛阳城的东北角；山路坦克师团的主力包围西面，由西北角进攻洛阳城；对向南方溃逃的守军，则以骑兵一个联队（配属步兵两个中队），在洛河一线予以围歼。
柳勇旅团当日向西马坡至北窑一线前进，菊兵团的战斗司令部设于西马坡的窑洞里，准备于23日下午1时发起进攻。山路坦克师团的佐武旅团长指挥机动步兵第三联队，坦克第十三、第十四两个联队的主力（均为两个中队）和搜索队作为左翼队，负责山路师团进攻重点的西北角正面；瓦田部队一并指挥稻垣大队（配属第一一○师团、坦克第十七联队的一中队）作为右翼队，主要负责攻击西关正面。机动炮兵第三联队青木联队长，指挥其所属联队和野战重炮兵第六联队，统辖炮兵的全部射击活动。此外，佐武坦克旅团长还以机动步兵第三联队（配属工兵一中队）担任左翼队的攻击主力，进攻西北角的重点；并命坦克队（第十三、第十七两联队主力）予以支援，突破城墙，打开挺进道路，配合对城内的进攻。
24日晨，内山由孙旗屯迁到七里河联络所，以广播和飞机空投招降书，遭到守军的严词拒绝后，遂于下午1时下达了总攻击令。首先由第十二军的重炮兵联队和各部日军的炮兵一齐开始轰击。随之山路坦克师团主力配合步兵部队，在下午1时到1时30分之间，从城西北角和西南角发起冲击，击退守军部队的猛烈抗击，于1时35分攻下城西北角，接着夺取西关，冲入城内。傍晚又攻下城东北角和东关。下午6时20分，坦克部队和步兵全部突入城内，与守城的刘戡兵团王连庆第九十四师展开了激烈的巷战。
本乡师团也从1时起，对据守洛阳城外围阵地的武廷麟第十五军姚北辰、李纪云两个师发起进攻，陆续从东面和北面攻下坚固的村落阵地，至5时，左翼队攻下了城东北角阵地，右翼队也对据守车站东面的王连庆师的阵地发起攻击。洛阳守军逐村逐屋地和日军拼搏了一天一夜，至25日拂晓始力竭突围。但突围部队在城北、城东两面遭到菊兵团的截击，在南面又遭到藤田骑兵旅团的伏击，故守城部队遭受重大损失，计战死四千三百八十六名，被俘六千二百三十名。至27日，日军完全占领了洛阳这座名城。
日军入侵中原以来，汤恩伯、蒋鼎文所率部队一触即溃，除了郑州、许昌、颍桥、洛阳堪称为"战斗"外，再就是胡宗南派八战区部队增援，李延年指挥各部阻击日军第一军进攻的灵宝战斗尚可一提。
冈村宁次指挥吉本贞一第一军于5月9日夜偷渡黄河，分三路追歼蒋鼎文军，情况已如前述。及至16日，蒋鼎文指挥的几个集团军溃于长水，冈村为阻止胡宗南第八战区出潼关援助蒋鼎文军，遂令吉本集合所部沿陇海路西犯，沿途遭马法五第四十军及八战区张卓新三军的阻击，至5月底前始终相持于陕州地区。蒋介石为保卫陕西，夺回河南的失地，于5月27日以辰寝戎一元甲电令一、五、八各战区：
甲、西窜敌现停止于旧县之线，其一部向嵩县、鲁山以南地区窜扰中。乙、国军决于辰俭开始向当面之敌反攻，各兵团任务如次：一、马兼军长法五指挥所部及现在灵宝附近之第八战区部队攻击大营、陕州；刘戡兵团（第十四及四十七两军）同时以主力攻击观音堂，协力陕州马、刘两部行动，务求一致；二、孙蔚如集团进出洛宁，高树勋集团进出渑池反攻敌人；三、刘总司令茂恩指挥暂四军及预八师分别固守长水镇、卢氏，占领阵地构筑工事，第九军仍在卢氏附近从速整顿；四、汤恩伯兵团以有力一部积极扫荡嵩县西南之敌，主力仍准备向洛阳之敌反攻；五、刘汝明部任务同前，并攻占鲁山，进出临汝附近，协力汤兵团之作战，六、其余陈大庆、陈又新各部仍照前令攻击郾城、许昌、舞阳之敌，并向襄城以西地区前进，断敌后路。
这时，日军笠原幸雄指挥第十一军进攻湖南的战争已经发动，为了进一步深入湘桂，必须从内山第十二军抽调装甲和炮兵以及大量步兵南下支援。为了在抽兵离豫前给胡宗南军以打击，巩固其在河南的占领区，冈村宁次决定抽调归第十二军指挥的山路坦克师团、村上重炮第六联队、长岭独立混成第九旅团等归吉本贞一指挥，发起灵宝会战。冈村并于27日晚飞到陕州三里桥战斗司令部，与吉本策定了如下作战计划：
一、本军拟派战斗力最强的天兵团向靠近秦岭山脉的地区挺进，以牵制灵宝正面敌军，同时于阌乡以东地区将敌军特别是第八战区军压至黄河一线予以歼灭；
二、以天兵团担任主攻兵团，大致在险山庙、1367高地（小市坡高地）三角山一线，准备攻势，从敌军阵地右翼向前挺进，置重点于项城村、时家山地区。冲破敌阵后，在阌乡以东地区将敌军压至黄河一线予以歼灭；
三、杉兵团首先进至弘农河右岸高地以牵制灵宝正面敌军，结合天兵团攻势的进展，对弘农河左岸敌军阵地发起进攻；
四、攻势开始日期，预定为6月4日夜或5日晨；五、如进至阌乡南北一线，当适时撤回到原来位置；六、如敌军大部队由险山庙以南地区向我反攻，无论准备如何，也须从4日晚开始断然将其击溃，同时使杉兵团向靠近该地的南面挺进。
根据蒋介石的指示，胡宗南为阻止日军于潼关以东，亦拿出其嫡系精锐罗列、张卓、李正先、丁德隆等四个军，由第三十四集团军总司令李延年率领，出潼关东下，并奉蒋介石的命令统一指挥第一战区的刘戡、马法五等部集结于崤山和弘农河谷，于6月1日对陕州地区的吉本贞一指挥的天、地、洋、杉等四个旅团发起进攻。李延年集团正面前线的指挥官为马法五，马即以其李运通师担任河防，以李振清师为右翼队，于6月2日3时半由险山庙、上下禅里之线向陕州之敌攻击前进；以袁朴师为左翼队，于同日4时由小花沟、五原、黄村、李砦之线向大营附近之敌攻击，尔后协同右翼队会攻陕州。险山庙为陕州南崤山主峰，标高一千四百六十七公尺，矗立于群山之中，异常险要，控制陕州必须夺取险山庙。日军独立步兵第八十二大队已于5月24日抢占了这一要隘，并加强了工事。李振清师在李延年配属的炮兵掩护下，经过三四天激战，反复肉搏，在遭受重大伤亡后夺取了庙外围据点。但由于三浦派小原第三旅团（洋兵团）几个大队增援，李师仍未攻下险山庙。袁朴师经多日进攻，亦伤亡累累，被日军扼制于韩家凹、五帝村之线。右翼军刘戡兵团亦被三浦师团本村旅团阻止于安家凹、北寺院、张村镇一线。至4日，李延年的攻势已停顿，而日军吉本贞一却获得了冈村宁次派遣的山路坦克师团增援来的坦克和装甲车三百余辆，加上村上野战重炮第六联队重炮五十余门的增援，冲击力量空前增强。5日拂晓，吉本以新增上来的装甲部队，在一阵猛烈炮轰后发起进攻，左翼军朱光墀一○九师阵地首先被突破，同时右翼军刘戡兵团的阵地亦有多处被日军突破。李延年遂命令李振清指挥公路以东部队占领老君院、关爷前至中和南侧高地，阻击敌人，掩护前线各军转移。
胡宗南、李延年为阻止日军入陕，于6、7、8三日在朱阳关、虢略镇亘灵宝一线进行顽强阻击后，又于10日12时在阳平镇公路南北之线，依靠坚固的国防工事建立起一道防线，阻敌前进。具体部署为：李正先指挥预三师一部对秦岭各隘口警戒，主力在阳平镇南北之线占领阵地，掩护主力转移，并掩护马法五军占领阵地，而后到新城子、阌峪口集结。朱光墀师则在朱阳镇高地占领阵地，阻止敌人西进。张卓指挥所部迅速向突入之敌逆袭，予敌以打击后即于午后分别向堡里、阌底镇附近转进。丁德隆军沿陇海铁路经阌乡向阌底镇转进。马法五指挥所部及附属的炮兵部队于喊山（不含）南故县亘盘豆之线占领阵地，阻敌前进，并以一部担任黄河南岸之守备。