上午10点，空袭方停，急于夺回阵地的第106师团出动二千余人向张古山发起了轮番冲锋。张灵甫一身尘土跑上305团防御阵地亲自督战。狗急跳墙的日军顶着山上洒下的弹雨，不顾一切地弯着腰向山上猛冲，直逼305团的阵地。当部分日军最终冲上山顶，305团残余的官兵在旅长张灵甫和团长唐生海的带领下，上剌刀与敌人展开白刃格杀，拼了性命将日军打下山去。黄昏时分，106师团再度对张古山发动强大攻势，炮火密集地倾泻到张古山上。经过前一夜和当日的激战，305团已经伤亡大半，精疲力竭了，张灵甫也不能将部队硬挺在目标明显的山上白白挨炸，为避免更大的损失，以利稍后再战，他不得不将305团残部撤下张古山。攻击中日军也丢下至少八百具尸体。

阵地的丢失意味着前功尽弃，张灵甫并不认输，这一仗，他和王耀武都输不起，若松浦师团从他这里打开缺口跑掉，薛岳的整个战役计划将落空，这将是他军旅生涯的极大耻辱。入夜，张灵甫再次组织起四百余名精兵进行顽强反击，于拂晓夺回了阵地。张古山阵地就这样在激战中几经易手，白天日军凭借空中优势和重炮攻下阵地，晚上张灵甫再指挥部队以夜战夺回，双方都打得头破血流，气喘吁吁。张灵甫不愧为一员善打恶仗的悍将，在他的凌厉攻势下，日军最终再次被赶下了张古山 。10月10日下午，又一股穷途末路的日军千余人窜到张古山、长岭一带，再次在飞机和重炮的掩护下作孤注一掷的进攻，试图冲破74军的阵地突围逃命，激战中，305团李石见营长重伤，该营阵地一度出现动摇，王耀武的师指挥部已经准备开始后撤了，张灵甫不信邪，他立即赶往李营阵地，亲自整理残部，将勤杂人员全部编入战斗队，终于顶住敌人的进攻势头，稳住了阵地。在指挥部队继续死守张古山的同时，张灵甫命令302团与306团一部配合58师向哔叽街发动两路夹击，经过五个小时的激战，将哔叽街的五百余名日军也悉数消灭。两军交战勇者胜，张灵甫在74军人送外号“猛张飞”，张飞打仗玩起命来，对任何对手都是一场恐怖的灾难。五天里，张古山上直杀得尸山血海，任凭敌军再怎样狂轰滥炸，直至12日战斗结束，日军没能从张古山跑出一兵一卒。

张灵甫在张古山上笑到了最后。

张古山成了松浦的噩梦。

战至第五天，第106师团的气数，也到头了。

在张灵甫率部血战张古山的时候，十余万中国大军对包围圈中的松浦师团正全线出击，在中国军队的强大攻势之下，松浦师团被打得丢盔弃甲，10月9日入夜，106师团已接近全面崩溃，国军开始扫荡战场上四散奔突的日军，第4军的一支部队甚至冲到了离106师团司令部仅数百公尺远的地方，如果不是情报不明，加上黑夜中目标不清，松浦的司令部极有可能被端。据后来被俘的日军说，当时淞浦已经在准备焚烧军旗，紧张得快要切腹自杀了。冈村宁次为了拯救106师团的残兵败将，破例冒险出动飞机夜航，用空投炸弹炸开一条血路，借着照明弹的指引，松浦才得以率少量残部逃出包围圈。

10月10日，国军围攻胜利已成定局，蒋介石亲自起草嘉奖电给薛岳各部:“查此次万家岭之役，各军大举反攻，歼敌逾万，足征各级指挥官指导有方，全体将士忠勇奋斗，曷胜嘉慰，仍盼再接再历以竟全功……”《蒋介石致薛岳等密电稿》（1938年10月10日）（中国第二历史档案馆编《抗日战争正面战场》江苏古籍出版社1987年）。