兵的到来，沈克的胆气更壮。下午3时20分，他命人打开一度封闭的北部城门，第1141团2营及第69军警卫营主动出城向日军实施反击。日军未料已经陷于死守境地的中**队尚有反击的余力，一时不慎结果为两营将士打了一个措手不及。随后，提前下车的第1141团3营以及第1142团2营从南沙河方向往东沙河开进准备包抄日军后路。
日军指挥官预感到情况不妙，立刻呼叫航空兵支援，在飞机的助威中所部日寇拖起火炮且战且退撤向龙阳店方向。但无论是牛元峰还是远在徐州的张学良都不愿意让该股日军轻易逃窜，为此张学良亲自悬赏五万元歼灭此股敌军，牛元峰甚至下达命令，命令城内只留第127师警卫连及县长周同所率武装警察和县保安团，余部尽数出城追击。
受到悬赏的激励，东北军各部奋勇前进，遂抢在日军之前夺取龙阳店渡口。日军见北返不能就转而向东，企图袭击东郭一线东北军后方实现与被围日军会师的目的。但日军的图谋很快被东北军方面识破，沈克指挥第1143团3营以急行军方式抢先抵达后明、前明、南明等村，封闭了日军东向通道，并在龙阳店与后明之间合围该股敌军。
得知己方袭失利并且部队再度被分割包围之后，本川省三少将不得已再度向师团提出指导的要求，师团参谋长落合甚九郎大佐不得不将步兵第107联队、工兵第109联队和轻重兵第109联队的剩余部队尽数拨给本川，而且冒着运河以西中**队可能越河反击的危险将隶属于谷藤支队的步兵第107联队1个半大队以及战重炮兵第3联队一部也调入南线。
9日凌晨4时33分，获得增援的日军一举突破界河以南中路阻击阵地，并进一步夺取了二十里铺等北沙河以北的各处村落。而面临日军可能的侧击，第123师在北沙河以北的守军也被迫放弃休城一线阵地，撤过北沙河，至此北沙河以北只剩下了龙山这个关键性的要点。
由于龙山可以俯瞰整个战场，并可以对在北沙河以北以东地区的日军实施炮击，因此日军投入重兵攻打龙山，同时日军还调兵遣将，准备越过北沙河解救两处被围日军，由此，东北军各部的行动已经处在了分秒必争的境况下了。
“开火！” 由于龙阳店与后明之间的日军力量单薄，因此第69军把第一打击目标设定为该部，为此第69军集中各种火炮约20余门，对窜入大绪庄、门堂村、南明村等地的600多日军实施大规模炮击。
20分钟的炮击，在日军控制区内落下了近800余发大大的炮弹。最后一声炸音刚刚落地，数个营的东北军就在“杀光日本” 的口号声中一跃而起，分头向各村突了过去。
日军拼命呼叫空中支援，但来自曲阜的日军临时航空兵团第三飞行团的轰炸机刚刚抵达滕县空域，从徐州起飞的西北空军也到达了战区上空。数十架战机上演了安阳会战以后最大规模的空战，最终西北空军以战损6架、重伤3架的代价击落日机9架、重伤其2架，暂时掌握了滕县上空的制空权。