日军第11军在汉水（襄河）以东作战中损失严重，作战时间20多天，超过预想时间一倍以上，官兵十分疲惫。停止追击后，迅速收缩部队，至枣阳附近进行休整，但并未立即撤回原防，而是就是否按原计划执行汉水以西的宜昌作战任务进行讨论。多数指挥官认为：如放弃原计划而反转，就意味着第一阶段作战遭到了挫折和失败，将会失掉该军统帅的权威和天皇的信任，因而不必顾虑部队的疲劳和减员，继续执行第二阶段作战计划。以6个汽车中队紧急调运1000多吨军需品到前线。
    向汉水西岸炮轰一个半小时，然后从宜城以北的王集强渡汉水。同日24时，第3师团在襄阳东南也开始渡河。两师团均未受到强烈抵抗，于拂晓前渡河完毕。第11军命令第40师团留置大洪山进行“扫荡”，保障后方，另以小川支队和仓桥支队担任流动兵站的警戒。
    中国方面估计日军不会进攻宜昌，即使其有一部向襄河以西进攻，也只是佯动，因而在第一阶段作战时将担任河西守备的第33集团军和江防军主力大部调往河东，以致河西兵力空虚，根本没有研究在河西作战的计划，不仅远安、南漳等县没有设防，宜昌的防御兵力也很少。及至发现日军西渡汉水后，。左兵团（襄河以东）由战区司令长官李宗仁指挥第2、第22、第31集团军和第68军，攻击襄花路、京钟路及汉宜路日军后方，断其补给联络，并以有力部队向襄阳、宜城间攻击渡河日军，策应右兵团作战；右兵团由军事委员会政治部部长陈诚指挥第33、第29集团军和江防军，以确保宜昌为主要任务。同时还决定第75、第94军火速从汉水以东赶回汉水以西归还江防军建制，正在四川整训的第18军紧急船运到宜昌担任守备。
    但渡河日军乘虚而入，推进很快。日军当晚即突破第四十一军防线，次日便进入襄阳，两个师团随即并列向南攻击前进，进入我三十三集团军背后，压迫我军调转正面。由向东改为向北抵抗，我军仓促间陷入混乱，日军趁机猛击之，将三十三集团军各部予以各各击破。军委会见战况紧急，急令第三十一集团军率五个军南进追击，希望能牵制日军的行动，但战果不大。3日，突破中国第33集团军防御后，第3师团占领南漳，第39师团占领宜城。4日夜，日军第13师团、池田支队、汉水支队又从钟祥以南的旧口、沙洋附近强渡汉水，与第3、第39师团对荆门、当阳形成南北夹击之势。依情况向荆门、仙居之线转移，对东北构成正面，与江防军协同作战；江防军以一部在汉水以西拒止从旧口以南渡河的日军，以有力部队控制于当阳附近主阵地，与第33集团军协同，待日军深入后给予侧击；命第29集团军向钟祥出击，切断日军后方交通。
    占领沙市、荆州，尔后沿宜沙公路从东南面逼近宜昌。9日，日军第3、第39师团从东北面，第13师团从南面围攻当阳。激战一天，守军被击退。10日，日军向宜昌发起进攻。中国第18军两天前才到达宜昌，仓促部署防御，以第18师守城，以第199师配置于外围。日军以3个师团的兵力连续攻击，以战车部队突进，以上百架飞机疯狂扫射。守军兵力单薄，不敌日军的猛烈攻势。守军撤往附近山区。
    日军对占领宜昌后是否要予以确保，事先并没有明确规定。按照武汉会战后大本营所确定的一般方针，每次作战，即使是经大本营批准的超越作战控制区域的作战，也只是给中国军队一次沉重打击，摧毁中国的抗战意志，并不是要扩大占领区。因此，第11军在占领宜昌的当天就指示各师团：“已达到此次作战目的，现决定立即整理部队，准备尔后之机动。”随后又命令各部队摧毁宜昌的军事设施，将无法携带的缴获物资予以销毁或抛进长江，准备返回。6月15日22时，正式下达了撤回汉水东岸的命令，规定第3、第39师团先行撤到当阳、荆门一线，占领阵地，防止中国军队截击和袭击，掩护第13师团撤退后再依次交替回撤。第13师团撤出宜昌的时间从16日午夜开始。这样，日军占领宜昌4天以后又陆续撤出。第13师团排在最后，于6月17日凌晨1时开始回撤，当天上午7时撤到宜昌以东约10公里的土门垭。中国军队则乘日军撤退时，沿途予以反击。第18军尾追第13师团，于17日晨收复宜昌。
    本次会战中，在第11军发出撤退命令的前后，日本方面从前线司令官们到大本营，对是否要确保占领宜昌又进行了激烈的争论。当时，纳粹德国正向西欧大举进攻。凑巧的是，恰在6月12日日军占领宜昌的同一天，德军占领巴黎，世界形势正发生着剧烈动荡。在这种形势下，日本军政当局更迫切希望尽快解决中国问题，以便腾出手来参与世界范围的角逐。日军统帅部和“中国派遣军”中的许多人主张：确保对宜昌的占领，可给重庆蒋政权以更大的威胁，有利于推进政治谋略，从而也就有利于及早解决中国问题，战略价值极大。此一看法亦打动了天皇，使之于六月十五日的御前会议上询问陆军；是否可确保宜昌?  有了"天皇圣喻"的撑腰，日本陆军高层当即坚定了长期占领宜昌的决心。于是，日军参谋本部于6月16日发出暂时确保宜昌的命令，期限暂定为1个月。这一命令经过“中国派遣军”总司令部、第11军转达到各师团的时候，走在最后的第13师团已撤出宜昌52公里，于是第13师团在第3师团一部配合下，调转头来再次向宜昌突进，冲破中国军队的阻击，于6月17日下午重新占领宜昌。
    7月1日，日军大本营为弥补第11军扩大占领区后兵力之不足，将驻在黑龙江省佳木斯的第4师团从关东军序列中调出，列入第11军，并于7月13日下达了长期确保宜昌的命令，将武汉方面的作战地区规定为安庆、信阳、宜昌、岳阳、南昌之间。第11军命令第13师团占领宜昌，第4师团驻防安陆，独立混成第18旅团担任当阳东西一带警戒，其余部队均返回原防地。
    中国军队在日军重占宜昌后继续对宜昌日军及其后方联络线进行反击。训令：“兹为应付国际变化，保持国军战力，俾利整训之目的，第五战区应即停止对宜昌攻击……”〔8〕此后，双方军队在宜昌、当阳、江陵、荆门、钟祥、随县、信阳外围之线形成对峙。国民政府为拱卫重庆、屏障四川，重设第六战区（1939年10月第一次长沙会战后曾设第六战区，1940年4月撤销），以陈诚兼任司令长官，所辖部队有第33集团军、第29集团军、江防军、第18军等，防区为鄂西、湖北、湘西、川东等地。枣、宜会战区就此结束。