龙慕韩命炮兵集中火力，轰击盘踞于国防工事内的日军，然后向村内之敌猛射。攻击部队在炮火掩护下，向敌阵地逼近。炮火停止之后，攻击部队正待发起冲锋，日军骑兵却从城内驰来，配合步兵发动反冲锋。

攻击受挫。龙慕韩将第二梯队推上前线，又命迫击炮向前节节推进，向敌据点猛攻。至12时，八十八师攻克赵庄、杨庄。宋希濂即命该师停止攻击，固守阵地，待八十七师沈发藻部进至城垣附近，再协同攻城。

由于兰封东南部地势平坦，兰封城外日军凭借铁路路基固守，第87师进展颇为困难。激战至正午，仅接近西岗头、张寨附近，且伤亡众多。

至下午3时，第87师沈发藻部突破日军铁路一线阵地，扫清兰封东面之敌，城外日军向兰封城逃走。沈发藻部接连攻克兰封城东南的王寨、张氏寨，右翼部队也推进至城外的高邵关、惠姚一线。

当宋希濂正待下达总攻命令时，日军步炮骑兵进行反攻，将许楼攻下，并占据国防工事顽抗。宋希濂见两师伤亡重大，便命两师由攻击部队就地构筑工事，固守已克据点，准备攻城。

面对困局，桂永清连忙去电正在不足百公里外的孙玉民，让他火速率一部精兵前来相助。

下午，天空飘起细雨。宋希濂担心小雨久下不停，给部队攻城造成困难，遂即召集沈发藻、龙慕韩两师长及炮兵营长会议，下达夜间攻城的命令，要求攻击部队不惜一切代价，攻克兰封。

总攻时间定在晚7时，夜幕才降临，天空还有亮色，中国军队的大炮就开始向日军据点猛烈轰击，火光映红了兰封城郊。第87师在炮火掩护下由城东南发起攻击。第261旅很快攻占梁庄，继而向二里寨、田庄逼进，第518团已攻抵许楼附近，与日军激战。

兰封城垣已距离不远。第88师的进展更为迅速，由于重炮营集中火力向南门及城墙西南角猛轰，致使城内之敌一时无法增援外围据点。兰封车站被88师一举攻克。

龙慕韩见兰封车站已克，即命部队准备携云梯爬城。不料，日军组织反攻，兰封车站又落入敌手。龙慕韩大怒，命部队不惜一切代价，夺回车站。激战至晚10时左右，龙部终于将兰封车站占领，部分官兵已冲至南门花园附近。龙慕韩遂命预先组织的“爬城队”，分成数批，逐次前进，直逼兰封城下。

这次攻城，第88师投入100余人，除少数伤兵于火线爬回来外，其余全部壮烈牺牲。龙慕韩见爬城失败，急命重炮营再向城区轰击，同时命爬城队分成几个梯队，前仆后继，继续攻城。但由于日军顽强抵抗，攻城部队发起的三次攻击均告失败。第87师攻击部队为日军的密集火力所阻，进展维艰，至次日3时，始以重大牺牲攻克田庄，此后便难以接近城垣。宋希濂见两师激战已近一夜，伤亡惨重，遂命全军休息，并确保已攻占据点，于26日晚22时继续攻击。

26日入夜，宋希濂对攻城部队作了重新布置，命两师在侧重攻击东、南两门时，增加攻击点，以分散敌人火力。同时，他并命令山炮营将数门大炮移至城垣附近，直接向城墙射击。重炮营则向城内散射，以威慑城上守敌。

攻击打响后，两师部队悄悄接近日军外围据点，进行突袭。至午夜，第87师攻克二里寨，炮兵向城垣射击。此刻，重炮营也向城内开火，兰封城内炮声四起、火光冲天。未等日军反应过来，沈发藻、龙慕韩两师攻击部队发起冲锋。可就在他们还未冲到城垣下面，几声巨烈爆炸传来，他们辛苦攻了三日都无法突破的城墙突然被炸出了几个缺口，而且城内能够清晰地看见有国军士兵正在和日军厮杀，在火光下，不断飞舞的红穗大刀显得格外耀眼。见此场景，攻城官兵受到了极大鼓舞，第88师在西南面爬登了两处被炸开的城垣，87师在东面爬登了一处被炸开的城垣，登上城墙的官兵纷纷以刺刀、大刀同日军展开肉搏，协助正在拼杀的国军士兵，终将日军赶下城垣，获得了立足点。

零晨三点左右，在赖文力115团当先杀开的那条血路里，87师沈发藻部首先冲入了城内，随后88师龙慕韩部也紧跟着杀入了城，日军十四师团开始向北往三义寨方面撤退。

至此，沦入敌手的兰封城，经过三日血战之后，被国军收复。

孙玉民匆匆和桂永清见过一面后，便带着自己率领的两个团援军往定陶赶。他不敢声张，如果私自率部出来增援桂永清，孙桐萱肯定不会轻易放过自己。

正当北路国军八个师的部队，磨拳擦掌准备大干一场的时候，突发了让所有人意想不到的情况：5月28日老蒋中央军的嫡系黄杰的第八军在面对日军16师团及混成第13旅团的攻击时，亲率第40、第24师退向柳河、开封，只单单将第187师留防朱集车站和商丘。5月29日拂晓，第187师师长彭林生也率该师退走，将商丘白白地送给了日军。商丘的失守，严重地威胁了进攻日军第14师团的薛岳军的侧背，也严重影响到了诸路国军的安全。