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10月19日后,日軍不斷向漳河鐵橋炮擊,并在轟炸機的配合下以兩個大隊的兵力向漳河橋發起輪番進攻,均被32軍官兵擊退。正面進攻不成,日軍在磁縣保障村、高穴村一帶涉水渡河偷襲,守軍與敵人展開激戰。敵兩個大隊傷亡慘重,但后續部隊不斷增多,保障村、高穴村防線被突破。21日,關麟征所部乘夜包圍駐守漳河南岸的敵人,展開突襲戰,消滅大量日軍,日軍被迫放棄陣地,退回漳河北岸。丟失漳河陣地后,日軍再次增加援兵,企圖奪回失地,敵我雙方在22日激戰一天,均傷亡慘重,遂又形成對峙狀態。
10月26日,娘子關失陷,山西告急,關麟征部奉命增援太原。安陽守軍只剩32軍,日軍乘機發動猛攻,集結在豐樂鎮一帶的敵軍萬余人強渡漳河,向我軍陣地猛攻。擔任河岸防御的是32軍141師補充二團,在敵眾我寡的情況下,陣地被突破,141師被迫后撤,在十里鋪以西重設陣地。
河岸陣地被突破后,日軍先頭部隊開始進攻安陽北郊,他們在紗廠和袁墳一帶遭到中國守軍的迎頭痛擊,死傷數百人。敵28旅團旅團長酒井隆少將集中80余門野戰炮、迫擊炮、山炮和20多輛坦克一齊向我軍陣地開火,同時以兩萬兵力發起總攻,兵力、火力占絕對優勢。中國守軍難以抵擋,邊戰邊退,紗廠袁墳防線陣地先后失守。
隨后,敵機配合地面部隊反復掃射轟炸安陽火車站,安陽火車站籠罩在炮火硝煙之中。32軍142師蘇永剛營頑強抵抗,日軍數次沖鋒均被擊退。11月4日凌晨,日軍以傷亡3個中隊兵力的代價攻占火車站陣地。駐守火車站的第六旅旅長崔霬看到陣地已難固守,下令向城內轉移。
占領火車站后,日軍又集中各類炮50余門,向安陽城展開摧毀性轟擊,安陽城及野戰工事經不住敵軍重炮的輪番轟炸,城防工事多處被摧毀。日軍選擇小西門和北門為主攻點,單是落在小西門的炮彈就多達800發,守城工事多處倒塌。4日下午1時,敵主力聯隊涌入小西門,同突破北門的敵人齊向城內沖殺。
形勢十分危急,崔霬不得已率部從大西門和南門撤出城外,向南與商震會師。11月5日下午4時,安陽城被攻陷。
安陽保衛戰最終雖然失敗,但守城官兵表現出的犧牲精神震撼了敵人,顯示了中華兒女不甘向敵人屈服的浩然正氣,鼓舞了安陽兒女英勇抗戰的斗志。
日軍攻入安陽城后,大肆奸淫燒殺,從小西門起,東沿裴家巷,南順西營街,北至北馬道,路上見人就殺,然后挨家挨戶地搜。在小西門、北馬道、西營坑一帶將安陽同胞1000余人趕到西營坑邊用機槍掃射,并燒毀房屋數百家。日軍還將安陽老百姓當活靶,遠的射擊,近的刺殺,甚至把刺死的嬰兒挑在刺刀上。日軍侵占安陽僅幾天就殺害我同胞2000余人,犯下了罄竹難書的罪行。