主持固守任务的国军将领是胡琏，黄埔四期毕业，属于陈诚嫡系。
在战斗打响之前，胡琏就已经写好了两封遗书。
一封是给妻子的：“诸子长大成人，仍以当军人为父报仇、为国效忠为宜……家中能节俭，当可温饱，穷而乐古有明训……十余年戎马生涯，负你之处良多，今当诀别，感念至深。兹留金表一只，自来水笔一支，日记本一册，聊作几年……人生百年，终有一死，死得其所，正宜欢乐……”
一封写给父亲的：“……有子能死国，大人情也足慰……”
他对麾下将士说：“从明天起，我们将与敌人短兵相接……战至最后一个，将敌人枯骨埋葬于此，将我们的英名与血肉涂写在石牌的岩石上。”
这一仗，中国仅存的空军和海军全部上阵，但在日本空军和海军面前根本没有可比性，只能起到微小的骚扰和震慑作用。
真正依靠的还是陆军，各阵地被日军的飞机和军舰轰了又轰、炸了又炸。第34师1排战士在荆树林里设防战斗，日寇久攻不下，遂调来飞机支援，竟把树林直接炸成一个个秃树桩。
国军虽顽强抵抗，但终究敌不过日寇的海陆空配合进攻，渐渐被日寇攻至石牌要塞外围主阵地。幸好山势险峻、易守难攻，日寇的战舰、坦克都不顶用了，只能用山炮配合飞机轰炸。
国军无法承受日寇强大的轰炸火力，外围阵地很快被攻破。此时胡琏将军毅然发动白刃战，命令将士冲出去跟敌人混战，让日寇的飞机不敢再肆意轰炸。
双方士兵混战在一起，整整三个小时听不到枪声，因为白刃战已经焦灼到无法开枪的程度，这是第二次世界大战中规模最大的白刃战。
利用白刃战将日寇赶出外围主阵地后，日寇于第二天重新组织进攻。中国空军和美国飞虎队此时频频出动，中国空军对日军的补给线和机场展开轰炸，而飞虎队则和日机展开空战，击落敌机6架。中国海军则顶着日机的轰炸，从上游布放漂流水雷，阻止日本军舰配合陆军作战。
又进攻了一天一晚，日军终于动摇，掉头东逃。
此战，我军共伤毙敌寇7000余人。
主将胡琏因功晋升副军长，荣获青天白日勋章。