湘西为川黔门户，为负责掩护战时首都重庆安全任务的陈诚第六战区的右翼。境内雪峰、武陵两山南北纵列，资、沅、澧诸水交错东流。洞庭湖滨沃野千里，为六、九两战区百万抗战官兵提供军粮。位于雪峰西麓的芷江大型飞机场，又为美国飞机起飞轰炸沿海日军的基地。侵入两广的日军北返，如被我由湘西出兵截击，必遭巨大损失。故冈村于第十一军侵入广西后，即于衡阳组建第二十军，以坂西一良任司令官，辖第四十七、六十四、六十八、一一六等师团和三个独立旅团，控制着长沙、衡阳、邵阳地区，面对我国的六、九战区作战。蒋介石亦置主力于湘西，以王耀武为第四方面军总司令，指挥其美械装备的嫡系精锐第七十三、七十四、一百等军，以芷江为根据地，与驻贵阳的汤恩伯第三方面军构成掎角之势，面对日军二十军作战，以保卫湘黔，拱卫重庆。
1944年，日驻中国派遣军发动"1号作战"时，占领了柳州、赣州、遂川等机场，但未能减轻遭美空军轰炸的压力，因为美机仍可利用芷江、梁山、万县、老河口等机场，对华中和沿海日军进行轰炸。1945年4月14日，冈村接到日本东京大本营为了应付对美对苏形势，内定将第三、第十三、第三十四、第二十七各师团集结于华北待机的电令，于15日立即命令坂西第二十军发动了进攻湘西的战斗，其目的为攻占芷江飞机场，阻止我国军队反攻，以便消除美空军的威胁，将在两广的日军顺利转移到东南沿海战略要点。
4月上旬，王耀武第四方面军总部根据空中侦察和其突击队在祁阳捉获的日军骑兵上尉口供，判定日军即将发动侵略湘西之战，当即报告重庆统帅部，并对所部兵力作如下部署：
第七十四军配属榴弹炮一个团，对空联络台一组，配置于绥宁、武冈、石下江、洞口地区，构筑坚固防御工事，对东安、邵阳方面严密戒备。
第一百军配属山炮兵一团，对空联络台一组，配置于山口、隆回、溆浦地区，加强防御工事，对邵东、湘乡方面严密戒备。
第七十三军配属山炮兵一个营，对空联络台一组，加强防御工事，对湘乡、益阳方面严密戒备。
重榴弹炮兵第二团、野战炮兵团、高射炮营，分别配置在江口、石下江地区，构筑掩体，准备以主火力支援七十四军方面的作战，一部支援一百军和七十三军方面的作战。芷江空军基地中美混合航空兵第一团仍以芷江为基地不变，作战开始前的任务是：侦察湘桂、粤汉沿线敌军动态，并轰炸敌军后方交通枢纽以及车站、仓库等设施。会战开始后，主要轰炸指向衡阳、邵阳、洞口、武冈地区。
中美混合作战司令部由洪江转移到安江，全面指挥作战，在溆浦县设前进指挥所，由方面军参谋长邱维达负责。
4月14日，王耀武将当前敌情及所部部署分报昆明中国陆军总司令部及重庆国民政府军事委员会。蒋介石的唁电指示大意为：盼望督饬所部坚守痛击，并告已从六战区调胡琏第十八军，从入缅远征军调廖耀湘新六军两部前来助战。
坂西素来轻视中国军队的战斗力，他在1944年10月横山勇第十一军下长沙、破衡阳后任第二十军司令官。他于1945年初配合田中久一第二十三军轻而易举地击败余汉谋粤军，打通粤汉路后，更以为中国军队不堪一击。此后他即根据冈村的指示积极准备入侵四川。坂西对冈村决定这次进攻湘西的作战意图最初并未了解，以为这次进攻系大军进攻四川第一阶段，轻易攻占芷江后，冈村即将调动大军进攻四川。故坂西在邵阳前进指挥所仅仅拼凑三四万人的兵力，即以驻邵阳的一一六师团为进攻军主力，而以驻湘潭的第四十七师团的一个联队和驻东安的六十八师团一个旅团为左右翼，轻率地发动了这次进攻。
担任正面主攻任务的日军一一六师团长夔田元四郎接到向芷江发动进攻命令后，即将其三个步兵联队分为三路，于4月15日由邵阳各集结点分头出犯。其右纵队（沋寺联队）19日拂晓到达隆回寺附近；中纵队（加川联队）19日凌晨到达赛市以东地区；左纵队（儿玉联队）18日渡过资水，19日晨挺进紫阳河一带。17日饭岛挺进队（沋寺联队第一大队）抢先突进到圭洞附近，占据附近要点。同时由东安出动的六十八师团第五十八旅团（关根支队）17日攻占新宁，21日潜入梓木山。第四十七师团的步兵一三一联队（重广支队）由永丰出动，16日进占禾青市，20日挺进到四都附近，向洋溪、新化进击，以掩护一一六师团右侧翼之安全。夔田师团长认为形势对其有利，作出与关根旅团配合采取从北向南迂回包围，将王耀武方面军主力消灭在高沙市、洞口、花园市、武冈西北地区的设想。当即于19日午前下达了如下作战命令：
一、沋寺部队应沿龙潭寺-江口-金屋塘-瓦屋塘大道地区向花园市西面地区突进并应以一部确保三角坳东侧及江口附近。
令饭岛部队即刻沿白岩桥-新路河-安江大道地区突进，在占领安江附近渡河点的同时，要切断敌之退路，以后该部队由余直辖。
二、加川部队应以一部从白马山北侧，主力从白马山南侧攻击山门之敌，然后向洞口以南地区挺进。
三、儿玉部队应顺着资水南岸地区前进，攻击高沙市附近之敌，从现在起左侧支队复归你指挥。
4月20日，夔田师团长亲自督率加川联队和野炮一二二联队，由白马山南侧迂回突破李琰的第五十七师阵地，21日晨挺进到山门以东；儿玉联队20日黄昏由石下江南下，21日夺取周志道第十九师据守的高沙市，均未遭到有力的抵抗。而沋寺联队长20日在莲花坪接到饭田大队圭洞被困的电报，与独立山炮第二联队穿越杨荫第五十一师阵地突进至圭洞-龙潭寺一线，都遭到我军顽强的反击，其右路重广联队亦遭受布防于新化、云溪一带的韩浚第七十三军的顽强阻击，不能前进。事实说明，夔田师团长原来决定的由北而南迂回包围王耀武方面军的设想是错误的，因为王耀武方面军的主力显然不在南而在北边，夔田师团长遂变更作战计划，决定首先捕捉歼灭龙潭寺附近的我国守军，然后在公路以北、沅江以东地区消灭王耀武方面军的主力。夔田4月23-24日对所部作如下部署：
一、沋寺部队把重点保持在右翼，在消灭龙潭司附近之重庆军之后，准备以主力经白岩桥附近向新路河前进。
二、儿玉部队迅速攻占洞口附近，然后准备向江口方面前进。三、加川部队以一部经望乡山向黄沙洞方面突进，在攻击重庆军背后的同时，以主力首先向江口附近突进。
王耀武根据几天来前方各军与敌人接触搜索到的敌军兵力和装备及作战意图，和我军人数众多、改换成美式精良武器及雪峰山险峻地势等情况，于4月23日策定了如下作战方案：
第一期作战第一线兵团各军应密切配合空军轰炸，充分利用即设阵地和有利地形，发扬我军优势装备与火力，必要时使用第二梯队兵力对敌进行猛烈反冲击，相互配合作战，节节消耗和杀伤敌有生力量。
第二期作战预期当面之敌业已受到最大伤亡。进攻受挫时，我们第二线兵团及时进出有利地区，断然采取攻势，配合第一线作战，将进入雪峰山深谷之敌军包围就歼。
夔田元四郎对所属部队调整部署完毕，即于4月25日向据守洞口迄龙潭寺一线的施中诚、李天霞两军阵地进攻。雪峰山为湘西南北走向的山岳，山脉相连，高峻陡峭，难以逾越；又系沅、资两江的分水岭，水深谷险，道路狭窄，汽车牵引的重炮不易运转，日军只能以轻武器从平川往高处仰攻。我国守军居高临下，从山麓到山顶利用险峻地形，构筑层层阵地。山下系水田，很少可利用的地形。施中诚、李天霞两个军又新装备美式武器，火力大大加强。加上中美混合航空兵第一团每天以五六十架次的飞机到日军阵地轮番轰炸，故夔田师团长驱使其一一六师团各部及军独立野炮联队二三万人，自25日至5月3日发动攻势，一个多星期内牺牲不少官兵，始终未能突破我国军队防线，越雪峰山脉抵达芷江飞机场。担任主攻的沋寺联队伤亡尤重，将校损失过半，士兵损失更大，有些中队只剩二十余人。
与夔田师团友邻的两个支队形势也极不妙。4月20日坂西给关根旅团的任务为："军决定把敌军主力消灭在军用公路以北、沅江以东地区；关根支队应立即沿屋塘-水口-两路口-洞口地区向洪江突进，与一一六师团相策应，在切断敌主力退路的同时攻其侧背。"但关根指挥所部27日猛攻武冈城，30日进攻瓦屋塘，5月2日进攻水口，均被我军蔡仁杰第五十八师击退。沿资水西进之重广联队，于4月24日侵入罗山，25日侵占月光山，29日即在洋溪附近遭韩浚第七十三军痛击，伤亡甚重，不得前进。至于引第六十四师团几个支队，由沅江、宁乡出扰之敌船，其目的系牵制第六战区部队南下援助王耀武，经韩浚军阻击，4月21日即缩回益阳固守。
坂西一良督率所部拼死攻击我国武冈-瓦屋塘-江口-龙潭一线的守军十余日，夔田、关根两部死伤累累，始终未能突破我军阵地，至5月初攻势已顿挫。坂西认识到以所部兵力不可能夺取芷江，遂于5月3日向方面军司令官冈部直三郎要求增加二至三个师团，再向我国守军发动攻势。从4月下旬起，日军驻武汉第六方面军总部发现，我国统帅部从缅甸远征军和第六战区抽调了精锐部队增援王耀武方面军，冈部直三郎的幕僚们据此判断，王耀武军之所以吸引坂西军团于雪峰山麓，系等候援军到达，内外夹击，歼灭坂西军团。冈部遂派参谋向南京日军中国派遣军总部作战主任参谋反映，派遣军总部总参谋长小林于5月6日抵武汉与冈部会商，证实了坂西第二十军顿兵于雪峰山麓的窘境，遂返回南京向冈村宁次汇报，冈村于5月9日向第六方面军下达了停止芷江作战的命令。
为掩护关根旅团顺利撤退，冈部于5月8日命令驻守全州的第十一军的伴健雄第三十四师团归第二十军指挥，向新宁附近集结，同时命令驻湘潭的渡边第四十七师团向宝庆以东集结，然后渡过资水收容重广支队，向大桥推进，以掩护一一六师团右侧翼的安全，并部署小山独立第八十六旅团固守宝庆。但重庆统帅部派遣援助王耀武兵团反攻日军的胡琏第十八军、牟庭芳第九十四军于4月底即到达指定地点，廖耀湘新六军也正在日夜起运。未等坂西调整部署完毕，我国军队即于5月1日开始总反攻。我国集结于湘黔边的美械装备的牟庭芳第九十四军第五、第一二一两个师，4月30日从长铺子向东北开始攻击据守瓦屋塘的关根旅团独立步兵一一五大队，并击溃之。5月1日午，第五师进占武阳。3日，关根集结主力援救一一五大队，又被我军击溃，5日晨向东南方罗家铺溃逃。同时，坚守武冈城的蔡仁杰第五十八师也冲出城外，向当面之敌发起攻击，敌军纷纷溃散。5日黄昏，关根在黄土塘收集残部，于6日拂晓越过北面雪峰山及南面麻子山中间地带，向花园市以北败退，其独立一一五大队因失去掌握，全部被歼。牟庭芳督队紧紧追赶，关根在花园未敢久停，8日命各部分别向高沙市附近集结。由于我军穷追不舍，关根未待部队集结完毕，10日夜又命令各部向关家桥撤退，接着又奉军方命令向桃花坪转移。12日夜，其二一七联队主力在抢渡资水前遭到牟庭芳军包围攻击，且被李则芬第五师切断了退路，关根旅团又被打散，陷入各自为战的混乱状态，被牟军予以包围分割，独立一一七大队又被围歼。至19日，关根始率残部突出重围，抢渡资水，集结到桃花坪地区。
从桂黔边出来的蒋修仁师渡过巫水后，4月29日以一部向关峡方面追击，5月4日晨以一部进入石狮子，5日夺取了新宁城。为解蔡仁杰师之围，6日挺进到武冈西南和守城之蔡师共同夹击敌人，战至7日正午，敌军死伤过半，武冈围解。9日，蒋、蔡两师向东北米山铺方向追击败敌，配合牟庭芳军围歼关根旅团。为策应关根旅团突围，驻全县的伴健雄第三十四师团入列坂西麾下，当即派出两个联队于5月14日夜行动，16日反攻新宁，遭到蒋修仁第四十四师的顽强抵抗，未能得逞。18日，泽田联队企图迂回新宁城东北窑子岭向桃花坪方向前进，亦被李士林师阻击，以后即与李师在石门司一线对峙。
王耀武指挥的北线各军向夔田师团发起反攻稍迟于汤恩伯指挥的南线各军。此时沋寺联队已进至龙潭、圭洞，突入我军阵地的纵深，如突然撤退，必被我军截断后路，包围歼灭。为确保沋寺联队的后路，夔田师团长命令加川、儿玉两联队在野炮联队掩护下，于5月初发动了一次向据守江口一线阵地的杨荫、李琰等师的猛烈反扑。然后脱离接触，于5月6日后集结到洞口、山门一带。9日凌晨，沋寺联队也与我军脱离接触后撤。王耀武捕捉战机，命各部转入全线总反攻。周志道第十九师、李琰第五十一师向敌军退却所经道路迂回。敌辎重第一一六联队负责警备山门、马胫骨之间地区，遭周、李两师攻击，退据大黄丘待援。同时由沅陵南下的杨伯涛第十一师，亦横冲直撞攻抵山门附近，与夔田师团长派来援救辎重联队的加川联队，于12日晨展开激烈战斗，在飞机轰炸配合下，敌我战线交错，杨伯涛终将敌人击溃，夺取山门以西隘路。沋寺联队在周志道等师追击下，且战且退，至13日晨进抵马胫骨，四个大队被切为两段，复遭受胡琏、施中诚两军及韩浚军萧重光师及靳力三、赵季平等师的围攻，陷入苦战，与我军格斗。为援救沋寺联队，夔田师团长集合加川、儿玉两步兵联队，并指挥野炮第二十二联队，于5月15日晨向山门地区我军阵地发起猛烈反扑，并命沋寺纠合残部于当夜迂回突破山门窄路口，顺着东圳-大黄丘-破塘道路向破塘前进，与接应的加川联队取得联系。经过一夜穿越山路的急行军，沋寺联队于16日晨从包围圈中脱出，于17日拂晓掩护辎重第一一六联队集结到破塘附近。杨伯涛第十一师和赵季平暂六师跟踪追至，并有美军飞机三十余架接连轰炸。沋寺联队为掩护师团主力后撤，复在岩山占领阵地与我军拼杀。大队长饭岛于18日下午四时被我军击毙。夔田师团长指挥所部经过两日激烈战斗，于20日凌晨始脱离接触，向大龙山、对江铺逃走。22日复被追击的胡琏第十八军及赵季平师在敌人进攻时留下固守和尚桥、芙蓉山阵地的李天霞部配合下夹击，再次被击溃。至6月7日，夔田一一六师团始在小山独立第八十六旅团接应下返回邵阳。