不料横山勇却突然在五月二十三日，改变日军进攻方向，向西转北疾进，同时命令宜昌的日军向西出击，沿江逆流进攻石牌要塞，并且渡江攻占战略据点渔洋关，掩护主力部队向石牌要塞，进行多面围攻。横山勇的这项作战布局，甚至引起日军的参谋总长杉山元的关切，亲自前往汉口，视察作战布署。横山更是将十一军司令部移到宜昌，以亲自就近指挥日军进攻石牌要塞。日军的企图是，假如能够突穿华军在三峡的防线，就可以威胁重庆的安危，进而造成国民政府全局的混乱。
这时中国的第六战区司令官陈诚，正在云南与史迪威筹组远征军，因此要求代司令官孙连仲，务必要派遣重兵把守长江往四川的通路，绝对不能轻易地调动江防军去支持长江南岸的作战。因为陈诚认为，第六战区的最主要责任，就是守住四川东部，以屏障重庆的安全，这个地区的安危，牵动整个中国战区的民心士气，因此不可以有所闪失。当陈诚接到日军转变进攻方向，石牌要塞告急的消息，就立刻赶回恩施的第六战区司令部，亲自指挥自己的嫡系十八军，死守石牌要塞与外围阵地。
果然日军的攻势，原有引诱华军出击护粮，甚至防卫常德的策略，然后再乘虚袭击石牌要塞，以威胁重庆的安全。但是陈诚下令江防部队，绝对要坚守长江通往重庆的阵地。结果日军的主力作战，虽突然改成从宜昌向四川进行的突袭，却仍在石牌要塞，硬被守军阻挡下来，没有成功地突穿华军防线。
五月二十七日，日军在长江水道中，劫掠了两万吨的各型船只，以及不少的粮食补给，日军藉此进行大肆的宣传，希望能够动摇中国部队的战略布署。但是陈诚不但不为所动，反而将在云南集结待训的部分远征军，抽调到石牌作战，五月二十九日，华军收复渔洋关，威胁到日军攻击石牌要塞的侧背。(www.xing528.com)
而在重庆的蒋介石，也感到这场作战的重要性，因此宣布石牌要塞是中国的“斯大林格勒”，绝对要死守不退！在战况进入危急之时，蒋介石甚至一度准备亲自前往前线指挥作战，并且动用卫戍重庆的预备队，投入战场决战。而华军的各路兵马，更是奉到蒋介石的命令，在中美空军的支持之下，也开始汇集围攻日军。这时进攻的日军，在渔洋关既已失陷，石牌要塞在血战八个昼夜候仍无法攻破，因此横山不愿恋战，以免遭到损失。一九四三年五月三十日，横山下令日军退回长江北岸，但后撤的日军第十三师团，在宜都遭到华军的夹击，受到严重的损失。
这场称作鄂西会战的作战，相当受到美国政府的注意，因为当时美国政府内部，正在为如何援助中国而进行决策上的争辩（当时宋子文与宋美龄都在华盛顿进行游说），其中又以中国能否有能力协同美国作战，早日击败日本，最事关重要。因为美国政府参战的基本立场，是如何能以最少代价与最短时间击败日本，列为他最优先的战略考虑。假如中国是个扶不起的阿斗，那么美国政府就只能依赖苏联的参战，来减轻美国对日本作战的压力。因此华军宜昌的作战成果，就成为中国展现战力的指标。
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