第三阶段
日军在重创第10集团军、完成第二期作战后，即向北转用兵力，企图再次从南北两个方向以钳形攻势捕歼第六战区江防军主力于石牌、清江之间。日军第三期作战，预定从5月21日展开始，企图击溃第6战区在宜昌对岸长阳地区的第10集团军、江防军的主力，最后打开宜昌通向下游的长江水路，使其缴获而滞留在宜昌的53艘机动船只得以下航
日军第11军下达准备转入第三阶段作战的命令：令第3师团于在茶园寺附近集结；令第13师团于进入全福冲附近和渔洋关附近一线；令野沟支队在枝江南方地区集结；令独立混成第17旅团于从公安附近出发，占领大堰?西南方高地一带，佯装进攻常德，同时在军主力对宜昌西方地区作战时，在其后方担任掩护。第三阶段发起攻击。根据以上命令，第3师团于19日到达茶园寺及其西北地区集结。其他部队也按时在指定地点集结。新参加第三阶段作战的第39师团于20日在宜昌东南的云池附近集结；野地支队集结在宜昌。各师团集结后迅速进行作战准备
第三期作战准备一经就绪，11军即准备结合第39团由扬子江畔发起的攻击，首先歼灭长阳周边的****部队，继之，结合野地支队向宜昌西方地区突进，捕捉歼灭该地区的****守军。为此，11军于5月19日作了部署：第3师团于5月21日凌晨发起攻击，进入长阳附近，并准备北进，一部在宜昌以西策应野沟支队作战；第13师团进入全福冲、渔洋关之后，继续进入都镇湾（都正湾）附近，并准备北进；野沟支队于5月22日凌晨发起攻击，进入宜都西侧地区；第39师团于5月21日夜渡江后准备北进；野地支队从宜昌对岸向西突进，切断11军主力方面中国军队的退路
第六战区代司令长官孙连仲根据日军行动，判断其将向江防军方面继续进攻，遂于17日22时下达命令：令第10集团军在现地实施持久战，置重点于左翼，确保聂家河、仁和坪、子良坪之线；令江防军确保石牌要塞，右翼与第10集团军切取联络；同时令第67师脱离第10集团军的指挥，归还江防军第86军原建制。
第六战区司令长官陈诚返回恩施长官部，开始指挥作战。军事委员会为应鄂西之急，令第79军及第74军驰援常德。此时仅第79军先遣暂6师到达常德，其余各部刚分别进至临澧和宁乡附近地区。
凌晨，日军第13师团及独立混成第17旅团首先开始行动。第13师团分两路从暖水街、刘家场向皮家冲、三溪口守军第43师及第121师阵地进攻，迅速突破第一线阵地，于20日进至子良坪、仁和坪一线。第17旅团由公安出发，在王家厂击退新23师警戒部队，进至以西高地一带，以一部与樊家大山守军新23师一部对峙，主力佯作进攻常德之态，掩护其进攻部队展开和保障其南翼侧的安全
21日晨，日军第3师团、第13师团分由茶园寺、仁和坪和牯牛岭附近向当面守军暂35师、第121师及第118师王家畈、曾家坪等处阵地进攻。迄22日晚，第3师团渡过渔洋河，占领了聂家河、磨市；第13师团进至渔洋河南岸，占领了渔洋关。与此同时，驻枝江的野沟支队与国民党投降日军被改编为汪精卫伪军的第29师协同，攻占了宜都。守军第67师部队绕道撤至磨市以北。第39师团从云池附近渡过长江，在未遇任何有力抵抗的情况下进至汪家棚地区。
23日拂晓起，除占领宜都的日军野沟支队及伪军仍留原地警备外，日军第39师团、第3师团和第13师团均集中全力，分由汪家棚、磨市、渔洋关附近地区向第10集团军及江防军正面展开全线攻击。战况激烈。守军减员甚多，战斗力严重下降，虽经奋力阻击，终因力不从心，被迫逐次转移。24日，日军第39师团进抵西流溪，第3师团攻占长阳，第13师团攻占都镇湾。各部均到达清江南北两岸地区时，日军控制于宜昌地区的野地大队也由宜昌长江南岸桥头堡地区向西进攻，企图切断守军北撤的退路。此时战场的中心已移至清江、石牌间地区，江防军成为整个会战的焦点。此时第79军已到达常德，第74军进至桃源，由河南新野调来的第30军的先头部队已至榔树店，主力在续进中。
就在第六战区计划反击的当天（25日），日军第11军也再作部署：准备向石牌—木桥溪一线追击江防军，捕歼于宜昌西方山地。令第3师团经牵牛岭西麓向抱桐树附近追击；令第13师团歼灭洲家口之敌后，向木桥溪方向追击；令第39师团一并指挥野地支队向大朱家坪附近追击。在上述期间，使宜昌附近的船舶下航
日军依然连续发起猛攻。江防军方面战况激烈，第139、第67、第5、第18师阵地正面尤为剧烈，日军付出极大伤亡的代价才能推进几十米。由于日军炮火的轰击和航空兵的轮番轰炸，守军阵地多被摧毁，人员伤亡也极大。27日夜，江防军总司令吴奇伟下令向三汊河、木桥溪、曹家畈亘石牌之线撤退。
27日，日军控制下的船舶53艘（16000余吨），在里见金二大佐的指挥下，从宜昌附近出发，经沙市、监利驶向武汉
追击战斗
经25天的连续作战，敌11军完成了其预定的作战任务，下达了主力掩护部队撤退，各启返回原驻地的命令。
第六战区发现日军有撤退的征候，于31日下达了追击命令：令江防军（附第30军）就现态势向当面日军追击；令第10集团军（附第79军）以主力沿渔洋河两岸，以一部沿清江北岸向枝江、红花套方向追击；令第74军驱逐王家厂、暖水街一带日军，续向公安、磨盘洲挺进；同时令第26、第33集团军向当面日军攻击，以策应江南地区的追击战斗。规定追击开始，第六战区各部队遵照命令的规定，先后发动全面追击。
军事委员会委员长蒋介石在收到6战区发来的战报后认为此战****取得了空前大胜，在当天致宋子文的电文内说：“宋部长：敌进攻我长江上游要塞之三个最精锐师团，三日以来，已为我军完全击溃，其余尚在围歼中，此役不久将可获得万全胜利。中正。
当日军开始撤退时，第6战区的部队及配属的空军即进行追击。此时敌通过特种情报及第44战队的空中侦察，得知194师已到达枝城一带；第98、第118师已至宜都以西；暂编第6饰己抵聂家河附近；51师己到达刘家场北侧地区，其中一部已经逼近、并开始包围13师团后卫部队。
第13师团担任收容、掩护的后卫部队104联队第2大队被第10集团军新23、第55、第98和第121师各一部包围于磨市。王甲本的第79军开始与其交战。并于当天击毙了包围圈内日军104联队第2大队大队长皆冢义昌大尉。日军第11军得悉战况后，决定令第13师团停止撤退，以全力反击追击的中国军队，同时令独立混成第17旅团立即从公安出发攻击枝江附近的中国军队。第13师团在宜都西端下达了命令，将已经渡过长江的部队全部调回宜都，沿渔洋河南侧向磨市方向攻击前进，救援104联队第2大队。五日拂晓，援军海福支队在磨市东方经过轻微战斗后进入该地南侧，与第2大队建立了联系，并将该部纳入指挥之下。日军第13师团经5日、6日两天战斗，日军救出了被包围的第2大队，又攻占了聂家河、枝江、洋溪、滥泥冲等地。渔洋河下游南岸大部为日军占领。
独立混成第17旅团，本来准备由大堰垱后撤至公安地区渡江返回原驻地，但因宜都方向情况严重，即根据11军的命令至宜都方向增援，以反击第6战区的尾追部队。当该旅团向枝城开进，途经磨盘洲西南约1}公里的裴李桥（培驴桥）时，突然与74军的第51师、第58师遭遇。激战中，其独立步兵第88大队大队长小野寺实、独立步兵第87大队大队长浅沼吉太郎于6日、7日先后被击毙。该旅团是这次会战中损失最大的一支部队，5个大队长就战死3个
当敌侦知“虎”部队王耀武的74军已到达松滋地区时，日军决定尽快将其部队撤离战场。13师团的第11联队长新井花之助大佐，于撤退中在宜都准备渡江时，被中国空军的机枪击成重伤。
战役结束之后，各部队都先后返回原驻地。第六战区部队收复了所有曾一度被日军侵占的地方，双方恢复了会战开始前的态势，鄂西会战结束。
战报报告
6战区司令长官陈诚对外宣称日军被消灭25，830人【注：陈诚《八年抗战经过概要》】，自身伤亡仅1万多人，取得了空前的大捷。国民政府陆军总司令何应钦更是热情洋溢的说：“敌第39师团、第13师团主力，及第3师团、第34师团、第58师团一部，均先后转用于宜昌西岸地区。敌酋第11军军长高木义人（系横山勇之误）亲至宜昌指挥，似有一举攻占我第一线要塞，威胁恩、巴之企图。我军早有周密之准备，我最高统帅并手令江防守备部队诸将领，明示石碑要塞乃中国之史达林格勒，为聚歼倭寇之惟一良机……当敌开始向我要塞外进攻时，我守备部队沉着应战，待敌陷入我之圈内，将其全部歼灭，故八斗冲、大小朱家坪、永安寺及北平山各地之战斗，屡次进犯之敌，均无一生还。敌第39师团主力及第34师团之一部，几全部被我消灭，而由偏岩窜占木桥之敌，亦被我消灭大半……所获战利品，亦堆积如丘……，此次进犯之敌，总兵力约达十万之众……其结果只赢得数万具尸体无言凯旋，战马无辜牺牲于战场者亦达三千余匹……”
战后，陈诚点名表扬军长方天，和师长胡涟，并拟升二人为任江防军副总司令和18军副军长。下面我们回过头来看看这次决定战役成败的关键石牌生死战