武漢會戰進行3個月，日軍主力被薛岳死纏在武漢周邊山嶺地區，基本上是毫無進展可言。日本參謀本部自然對此不滿，不斷來電質問會戰進展。華中派遣軍司令部算是比較客氣，婉轉稱“對進攻遲緩深表憂慮”。提醒第11軍主力如不能按計劃進軍武漢，切斷粵漢線中國守軍退路，勢必影響整個會戰的進程。
岡村甯次作為日本軍界風雲人物，所面對的各方壓力空前。為此他命令空軍反復偵察，終於發現106師團修整期間，國軍在南潯和瑞武線反復調動兵力，無意間形成狹長數公里的防禦空隙。岡村用兵歷來喜歡冒險，為徹底擊潰面前國軍，從而盡快進軍武漢完成戰役計劃。岡村在9月23日向松浦下令， “106師團以主力，突破五台嶺附近陣地，進出於德安西南方，自側背攻擊德安周圍之敵。”
25日黃昏106師團主力1萬多人，從回馬嶺向萬家嶺方向全速急行軍。經過5天艱苦山地強行軍，最後逼近萬家嶺地區。雖然106師團行軍隱蔽，但仍被薛岳部很快發現。實際上所謂空隙是薛故意示弱，况且他手上兵力足够，隨時可以調動堵住日軍。得知106師團再次忌孤軍深入，薛遂下決心堅決消滅。
薛岳報告蔣介石後獲支持，立即將德星路、南潯路、瑞武路三個方面，但凡能夠使用的部隊，幾乎全部調集過來圍殲日軍。包括第66軍、第74軍、第187師、第139師的一個旅、第91師、新編第13師、新編第15師的一個旅、第142師、第60師、預備第6師、第19師，會同負責正面阻擊106師團的第4軍，總共10萬大軍力圖聚殲106師團。
薛命第4軍不惜一切代價，阻敵106師團在萬家嶺一線。此時若被日軍突破成功，國軍將全線崩潰。106師團將多達一個旅團兵力，向74軍第58師陣地猛烈進攻不停。日軍飛機投擲燃燒彈，將58師簡易陣地全部燒毀，部隊烈火下傷亡慘重。但倖存國軍仍拼死抵抗，全師數千人最後僅剩5百人。58師腹背受敵實在抵擋不住，師長馮聖法直接向74軍俞濟時軍長痛哭求援。俞將僅剩警衛營增援，最後擋住了日軍圍攻。
包圍部隊各師已陸續到位，對106師團合圍成功。岡村得知106師團遭國軍頑強阻擊報告，空軍情報106師團主力已在白槎以南約15公里處，周邊山林中發現大量中國軍隊。岡村此時驚覺薛岳原來想，聚殲整個師團於萬家嶺地區。他在10月2日下午緊急發電給松浦，火速撤出萬家嶺地區，向北方突進和27師團會合。同時令27師團全力向106師團靠攏救援。
松浦接到電報大驚失色，命令部隊立即突圍出去。此時雖勢危急但全力突圍尚有生機，但開展以後倒楣透頂的松浦，居然在山裡“鬼打墻”迷路了。武漢會戰期間日軍作戰地圖，出自早先1926年軍閥孫傳芳，時代久遠錯漏甚多。關鍵是十多年萬家嶺一帶，樹木雜草生長茂盛遮天蔽日，進樹林無法辯明方向。指南針又因當地有磁鐵礦失效，周圍也根本找不到嚮導。
如此106師團浪費數日寶貴時間到處被襲擊，10月5日第74軍等部在長嶺、背溪街、張古山、獅子岩等處與日軍激戰。10月6日松浦師團萬人兵力消耗過半，此時國軍部隊全部到位，松浦只能就地防禦固守待援。問題是日軍已經彈盡糧絕，出發前每人配發一周給養，200發子彈2兩枚手榴彈，被困後只能靠少量空投補給。
原日軍106師團倖存者，輜重運輸兵那須良輔戰後，在《地獄穀中的三個星期》一書回憶，“戰友們大都受傷，也有些因為饑餓和疲憊而倒下。死在水溝的戰友們，他們的臉色都變成茶色而浮腫，白花花的蛆蟲從他們的鼻孔和嘴巴掉下來。一連幾天都沒吃東西，只能從漂浮著同伴屍體的水溝裡舀髒水喝，活著的人也都快變成了鬼。我也覺得我的死期到了。對著月亮我放聲大哭。”
7日薛飛下達總攻命令，下午10萬大軍全線攻擊。日軍佔據幾個高地，依靠飛機支持拼命抵抗。國軍王牌主力第74軍，在俞濟時帶領下猛攻萬家嶺以東的長嶺、張古山。74軍逼近日軍後拼命投擲手榴彈，然後刺刀見紅近戰殲敵，一天多時間竟然打掉日軍4千多人，攻克日軍主陣地之一長嶺。
8日所剩日軍主力千人，依靠張古山高地為核心陣地頑抗，此處地形險峻垂直懸崖易守難攻，74軍幾次強攻不下153旅旅長張靈甫，建議從背後懸崖爬上偷襲。他親率部下305團敢死隊，乘夜攀登絕壁沖上陣地揮大刀突襲，經過激烈白刃格鬥佔領張古山主陣地。拂曉後日軍飛機重炮掩護下反撲，張靈甫死戰不退再奪回陣地。戰鬥激烈305團團長唐生海重傷，代理團長於清祥犧牲，3個營長死傷2人，張靈甫腿部重傷，國軍視死如歸控制了該陣地。
兩軍混戰肉搏日軍大批飛機失去作用，激戰至10月9日，日軍106師團僅剩數千殘兵，被壓縮在萬家嶺、雷鳴鼓、田步蘇、箭爐蘇等幾個據點，整個部隊陷入崩潰邊緣。此時軍官基本打光了，殘留部隊沒有指揮。華中派遣軍司令官畑俊六大將，親自組織空軍向萬家嶺地區，空投200多名聯隊長以下軍官，立刻組織部隊加強防禦。整個中日戰爭期間，此情況絕無僅有的，日軍危險到極點。問題是山地風大地形復雜，兩軍陣地交錯很多日本軍官落地，就被中國軍隊槍殺抓捕。
蔣介石來電命令薛嶽在10月9日24時前，全殲106師團為“雙十節”獻禮，鼓舞全國軍民的士氣。薛嶽接命後立即組織13支，各數百人的義勇敢死隊發動夜襲。19時，敢死隊舉大刀奮勇出擊，各部主力緊隨其後，向箭爐蘇、萬家嶺、田步蘇、雷鳴鼓劉、楊家山等地全線攻擊。敢死隊前赴後繼撲向日軍火網，士兵視死如歸踩屍而過猛烈沖鋒。
前面敢死隊打光後面梯隊接著上，106師團的防禦陣地徹底崩潰。激戰至10日晨，第66軍收復萬家嶺、田步蘇，第4軍收復大金山西南高地和箭爐蘇以東高地，第74軍收復張古山，第91師收復楊家山東北無名村，第142師收復楊家山北端高地。歐震第4軍和葉肇第66軍，佔領了萬家嶺的雷鳴鼓兩要地。
大日本陸軍明治維新至今，從沒有整師團被全殲的先例。按照日本軍方的規定，如果師團部隊全部打光，師團長被殺或被俘，該部隊視為全殲番號取消。薛岳岳懸賞10萬大洋，活捉師團長松浦淳六郎。總算這次松浦運氣來了，第4軍一部搜索到師令部附近百米，因地形復雜天色黑暗，居然沒有發現躲藏日軍。松浦當時指揮刀都拔出來，隨時準備切腹了。
10日以後日軍殘部被打散，分別退到雷鳴鼓劉、石馬坑劉、桶漢傅、松樹熊等，不到5平方公里的狹窄區域隱藏。岡村寧次的第11軍坦克集團、日本海軍第2聯合航空隊、陸軍第3飛行團，軍團各師團主力，都向萬家嶺方向集結救援。薛遂命令各部撤出戰鬥，退守永豐橋、郭背山、柘林一線。松浦淳六郎帶領少數殘兵，終於找到鈴木旅團獲救。
整個南潯路後期戰役，日軍第101、第106師團之木島、池田、津田等四個聯隊和其他部隊，共3萬餘人被國軍全殲。106師團幾乎全軍覆沒，被殲近9千人被俘虜3百餘僅2千人逃脫。戰後崗村甯次也向華中派遣軍司令部檢討，“讓106師團遭受全軍覆滅的嚴重打擊”。此後106師團徹底失去戰鬥力，在南潯路北段擔任守備任務休整補充，原定與101師團進攻南昌的任務被迫取消。
大陸抗戰史污蔑國軍“萬家嶺大捷”，主要是三個方面。一是稱日軍106師團在萬家嶺傷亡不到3千人，證據是引用當時日軍新敗後宣佈的傷亡數。但是，二戰結束後日軍承認在萬家嶺，掩埋的屍體超過6千多是106師團官兵。二是稱106師團未被全殲，此師團後期參加德安戰役。真實原因是當時106師團，輕兵冒進至叢林山區，急行軍下師屬炮兵輜重運輸部隊，千餘人無法跟進步兵行軍。
原本隨步兵行動的是岡村從杭州調來的山炮部隊，千餘人留在回馬嶺沒去萬家嶺。萬家嶺結束後尚有千餘被打散的日軍殘兵，國軍由於撤得快沒有清剿。戰役後日軍田俊六大將，馬上給106師團補充士兵。參加德安會戰的106師團，實際上只有炮兵參戰，數量不過一兩個聯隊而已，所謂參戰無非走個過場。
第三是稱全殲106師團，主要是日軍此部隊戰力較弱，這種說法經不起推敲。第106師團的士兵來自于南九州的熊本、大分、鹿兒島、宮崎四縣，這些地區的兵員素質本來就很高。日軍王牌部隊第6師團也是出自該地，106師團正是由第6師團留守人員，配充大量預備役老兵編成，戰斗力還是很有保證。
日軍特設師團與現役師相差無幾，最多是人員組成的差別。特設師團只有大隊長，聯隊長等是現役，其他部隊幹部是預備後備役。106師團在1938年5月20日於熊本編成，隨即便裝船運往華中參加武漢會戰，但是這個部隊是經過嚴格訓練的，部隊軍官多數有實戰經驗。但在此前南潯路戰鬥，遭國軍第8軍和第64軍155師，殺傷約5千人。其中軍官傷亡太多，造成戰力嚴重下降，最後空投軍官為時已晚。
岡村寧次則認為106師團，在站前沒有進行強化訓練是主因。“主要原因是由於第116師團於動員後，在饗庭郊外進行了約1個月的訓練，全面複習了戰鬥任務。反之第106六師團則於動員後，立即向華中出動投入戰鬥。雖然都是曾經受過訓練的士兵，但是，把在社會上工作了幾年乃至十幾年的人，直接送到前線來的做法有些欠妥。這也是中央的責任。”預備役人員雖然很多打過仗，但在戰前沒有集中訓練恢復戰力。
以上無非是岡村推卸責任的藉口罷了，106師團前後數月苦戰，數倍於己方國軍的頑強衝殺，利用地形堅守待援拼死掙紮，最後能保留數千人馬主帥逃脫，實在不能說師團戰鬥力低下。所以基本被殲前期是主將松浦輕兵冒進，放棄鐵路線進入地形複雜山區，遭優勢國軍伏兵殺傷損失慘重。后期是岡村判斷失誤冒險失敗，孤軍深入重點突破以圖帶動全局，為攻克武漢打開缺口，最後反被國軍優勢兵力包圍。所謂戰鬥力低下之說並不成立。
萬家嶺戰役是“贛北地區主要作戰中殲敵最多的一次”，全殲了106師團真正做到了為“雙十國慶日獻禮”。蔣介石親自起草嘉獎電給薛岳各部，“查此次萬家嶺之役，各軍大舉反攻，殲敵逾萬，各級指揮員指導有方，全體將士忠勇奮鬥，曷勝嘉慰”。“萬家嶺大捷”成為抗戰經典戰役永載史冊！
