當時，守石牌的是陳誠的基本部隊第十八軍。陳誠給該軍第十一師師長胡璉打電話，說：“蔣委員長命令，石牌要塞必須固守10天，成為中國的斯大林格勒。你有沒有把握守住？”胡璉回答：“請放心，我已經(jīng)立下遺囑，誓與要塞共存亡，保持十八軍的榮譽。”陳誠感動得差點掉淚：“好樣的，不愧是十八軍好漢?！?/p>

28日，日軍向第十一師第一道防線——南林坡陣地發(fā)起攻擊。同時，右鄰之十八師陣地也受到日軍的襲擊。至此，一場爭奪石牌的戰(zhàn)斗在西陵峽展開。敵軍攻勢一波接一波，至29日已達最高潮。當晚，江防軍總司令吳奇?zhèn)フ埱蟪吠说綇R河南北之線，陳誠審慎考慮后，決心貫徹原定計劃，令江防軍竭力守衛(wèi)原陣地，不得變更。同時，為減輕江防軍正面壓力，命令各部提前反攻：九十四軍向都鎮(zhèn)灣，七十四軍向松滋、枝江，四十四軍向公安，并令三十三集團軍加緊攻擊當陽。其余后續(xù)兵團如三十軍、一八五師、一四一師等各部，兼程向指定地點前進，及早加入作戰(zhàn)。

此時天氣已好轉(zhuǎn)，美軍戰(zhàn)機飛到戰(zhàn)場上空，向日軍投彈轟炸。十八軍將士頑強抵抗，石牌要塞巋然不動。30日晚，日軍指揮官見攻勢受挫，后路也受到威脅，便下令撤退。

陳誠當即下達追擊命令。31日，各部開始進擊。敵獨立混成第十七旅團后撤途中，突然與七十四軍遭遇。激戰(zhàn)中，兩個大隊長先后被擊斃。該旅團是這次會戰(zhàn)中損失最大的一支部隊，5個大隊長就戰(zhàn)死3個。十三師團的第十一聯(lián)隊長，撤至宜都準備渡江時，被中美空軍的機槍擊成重傷。

至6月3日，江防軍已完全恢復會戰(zhàn)前之態(tài)勢。至6月中旬，江南方面也基本恢復原來態(tài)勢。鄂西會戰(zhàn)宣告結(jié)束。

據(jù)陳誠匯集的參戰(zhàn)各部上報，此戰(zhàn)共斃傷敵三萬余人，中國軍隊傷亡不到兩萬。陳誠非常自豪地說：“抗戰(zhàn)以來，統(tǒng)計各戰(zhàn)區(qū)大小戰(zhàn)斗中，敵我傷亡比例，初期約為一與二之比，即我傷亡二人時，敵傷亡一人。以后有時為二與三之比，亦有時約略相等，但敵之傷亡較我為大之時，實不多見，至若敵之傷亡竟較我超出百分之五十以上，恐怕只有鄂西會戰(zhàn)這一個特例。”

為了增強中國軍民的抗日信心，國民黨媒體大肆宣傳“鄂西大捷”。陳誠成了抗戰(zhàn)英雄人物。許多參戰(zhàn)官兵也受到了表彰。

其實，日軍的傷亡數(shù)字被遠遠夸大了，中國軍隊的傷亡也大大超過了日軍。20世紀末，臺灣當局官方史料公開承認，第六戰(zhàn)區(qū)部隊在這次會戰(zhàn)中戰(zhàn)死23550人，負傷18295人，失蹤7270人；日軍死傷3500余人。我國與日軍陣亡比為30比1。

不過客觀地說，第六戰(zhàn)區(qū)主力未被日軍吃掉，石牌要塞未被攻下，也算是一個了不起的勝利。

戰(zhàn)后，陳誠總結(jié)了獲勝的幾個原因：“判斷敵寇意圖正確，不為其種種狡獪伎倆所迷惑，此其一……敵軍此種行為，不是‘攻其不備’，而是‘攻其所備’了；其終于招致挫敗，不亦宜乎？無論此次會戰(zhàn)之前之后，政治上配合軍事之處極多，如檢舉奸偽、運濟糧彈、抬送傷兵、救護負傷官兵等，都有很大的貢獻。尤其難得的是報告敵情。此次敵人行動，我們特別明了，很多都是民眾自動報告的。民眾如此深明大義，當然是行政方面組訓民眾有成的效果……”

在這次戰(zhàn)役中，陳誠的基本部隊——第十八軍表現(xiàn)英勇，洗刷了宜昌失守之恥。事后，土木系骨干郭懺對邱行湘說：“十八軍多年來給何應(yīng)欽壓得死死的，新的裝備領(lǐng)不到，兵員補充更困難。如果十八軍不打個‘勝仗’，辭公的話也說不響……”①

陳誠本人因指揮鄂西會戰(zhàn)有功，榮獲國民政府授予的青天白日勛章。這是他1930年以來第六次獲此表彰。