师集中在沁阳一线坚守。同时刘世荣也率第140师开赴豫晋边境扼守羊肠坂、天井关（又名太行关）、盘石长城一线以预防日军由此窜入山西，进而动摇山西战局。此外庞炳勋还以李运通预备第5师所部汪敬夫第1团、杨天斌第2团及第40军补充团等零散部队在柳树隘等其他太行山地边缘活动，相机袭扰日军后方之卫辉、汲县地区。此时，接到庞部报告的冀鲁豫战区司令官马康也迅速调动孙蔚如第7军团北上增援，一时间沁阳似乎成为中日间一个新的焦点。
3月5日，清化日军果然猛攻沁阳，同时武陟日军也越过沁河，侧面包抄沁阳守军。得到日军步步紧逼的情报，驻守洛阳的第四航空队洛阳独立航空队当即出击，以6个编次24架次连续轰炸日军两路进攻部队，日军猝不及防，损失严重，在伤亡超过600人以后被迫停止进攻退回沁河以北，藉此仅有1.1万人的马法五部将3000日军阻挡在了沁阳城下。
3月6日，不甘前一日受挫的日军兵分三路，除北、东两路继续夹击沁阳以外，日军还以一部约2000人的规模自沁河上游紫陵、西向等地涉渡沁河企图实现三面包围。此外，位于新乡的日军航空兵还多次出动，在沁阳地区投掷炸弹以报复前次西北空军的轰炸行动。
情况万分危急，捉襟见肘的庞炳勋甚至已经将军团直属的辎重团和总预备队预备第5师马仁兴第3团都投入战斗，但依旧无法挡住三面而来日军的进攻。眼见得沁阳已经处在日军的重重围困之下了，从黄河以南开来的孙蔚如第38军所部孙辅丞预备第8师适时赶到，该部万人当即投入战斗，接手城东王召、甄庄、申召、中里一线防务，并集中两个团的兵力对东线日军实施果决的反击。
尽管孙辅丞拥有高昂的斗志，装备也由于得到西北的拨付算得上精良，然而其毕竟是新编之军，其反击固然打乱了日军的进攻节奏，但也为此承担了日军强大的空地火力的联合打击。暴露在旷野上的孙辅丞部被迫用血肉与强大的日军鏖战。
战至当日下午4时，孙部出击的两个团中1名团长殉国、1名团长重伤，出击和守备的12个营长中4个殉国、3个重伤，连排长以下损失超过50人，再加上超过3000人的战斗兵伤亡数字，从某种意义上可以孙部已经打残了一半多。
不过孙辅丞部的奋战也并非无用功，在同样损失了约7~800人以后，东线日军不得不再次退回沁河以北整顿。而东线日军的溃退也牵动了整个战场，面对回过神来的中**队的顽强抵抗，再考虑到可能源源而来的中方援军，丰鸠房太郎少将被迫停止继续进攻、退回沁河以北确保已有的胜利果实。
看到中**队越打越多，土肥原贤二决意在沁河平原上打一个大大的歼灭战，以挽回自己以及第14师团在安阳战役丢掉的荣光。为此他一方面勒令丰鸠支队继续保持对沁阳一线的压力，一方面又派遣步兵第28旅团旅团长酒井隆少将统率步兵第15联队（欠3个中队）、步兵第50联队2个半大队、骑兵第18联队第3、第4中队、野炮