果然！当日下午十四时，薛岳就收到了蒋介石的命令，命其务必在十月九日二十四时前全歼该敌，结束战斗，作为给“□□”的献礼，于是十五时，薛岳命令各部队选拔勇壮士二百至五百人组成奋勇队，担任先头突击，同时各部长官一律靠前指挥，薛岳自己也亲临一线督战。
当晚十八时，经过中国军队的炮火准备，十九时整，十路奋勇队全面出击，各主力部队紧随其后，向箭炉苏、万家岭、田步苏、雷鸣鼓刘、杨家山等地全线攻击。
望着挺身而出的奋勇队官兵的慷慨赴死的壮举，高飞的主动请缨被薛岳直接拒绝了，还派遣了兵团警卫团监视其先遣部队的动向，薛岳绝对不能让高飞这支尚未正式成军的先遣队在自己中手出问题。
薛岳下令从各师中选派的精兵强将组成奋勇队，于当日晚十九时从敌后偷袭敌军，抢占制高点，两面进攻，十路奋勇队的总队长就是张灵甫，张古山的地势险要，对在山上凭险据守的日军极为有利，在这样的山势前，靠仰攻拿下山头是要付出极大伤亡代价。
由谁来担任主攻？王耀武再此之前曾在师部召集旅团长们讨论作战方案的时候，已是第五十一师所部第一五三旅少将旅长张灵甫主动请缨，讨论作战方案的时候，众人认为张古山地势险要，易守难攻，张灵甫拍案而起，大喝道众人称诸位看过《三国演义》，魏国大将邓艾为攻取成都，出蜀将之不意，带精兵暗渡阴平，飞越摩天岭，一举攻克了江油、涪城和成都！我军当可仿此战例，大军从正面进攻的同时，再挑选一批精兵强将，从人迹罕至的张古山背面进行偷袭，以收两面夹攻之效。
于是，张灵甫亲率一支突击队效法邓艾轻装出发，他们沿着后山绝壁攀木挂树，在黑暗中披荆斩棘，穿过艰险的深山峡谷，老林恶水，从日军疏于防范的张古山后山绝壁上进攻，飞夺张古山。
十路奋勇队中的九队在突击作战开始的十五分钟就全军覆没，要知道这九支奋勇队全部是由军官、士官与有经验的老兵组成的，王耀武为了掩护张灵甫的奇袭，也只能拼了血本吸引日军的注意力，张古山正面阵地上，进攻中的中国军队几乎是在踏着堆积如山的尸体在一寸一寸的前进。
少将旅长亲率敢死队进行决死突击，这在国军之中也是不多见的，正所谓一将拼命，万兵赴死！在张灵甫的激励下，奋勇队的队员争先恐后猛冲猛打，一举复克张古山。
而后，不甘失败的稻叶四郎为了最后的生机，直接越过冈村宁次请求畑俊六出动全部能够出动的作战飞机，并用炮弹最后所存无几的重炮狂轰滥炸，几乎将张古山夷为平地。
张灵甫则率部浴血死战，与日寇鏖战五天五夜，阵地得而复失、失而复得，反复拉锯，张灵甫亲抵前线操起机枪向日军射击，身中七块弹片，，鲜血直流染红军服依旧誓死不退下火线。