9月16日，日軍攻占息縣城，並向羅山方向進犯。第27軍團後路受到威脅，掩護主力集中的任務將不能完成。張自忠即令第38師分兩路向北麵之敵進攻。黃維綱師長以第113旅第223團，從潢川北十五裏鋪出擊，力求阻敵於潢川東北地區；以第112旅和114旅，向息縣南二十五裏鋪出擊，以牽製日軍西進。
第38師與日軍激戰三晝夜，雙方均傷亡慘重。日軍為牽製中**隊，再次向潢川發動猛攻，並從東西北三麵采取包圍態勢。部將們見形勢不利，建議張自忠下令後撤，張自忠堅決不許。
他說：“我們分兵襲擊敵人，牽製敵人進攻；敵人也分兵襲擊我們，牽製我們進攻。我們能堅決頂住，就支援了我們的進攻部隊；我們退下去，就拉了我們進攻部隊的後腿。所以無論如何，我們要堅決頂住。”
又經過兩晝夜激戰，日軍未取得進展。
9月18日傍晚，第27軍團指揮部所在地五裏棚被圍。張自忠考慮到潢川守軍兵力單薄，就不向各師求援，自己親率警衛營突圍，然後派參謀通知第180師師長：司令部轉移，並叮囑必須盡全力確保潢川；又命令第38師抽調一個團守光山，隨後將軍團部移至光山。
9月19日，日軍以主力圍攻潢川，一路兩千餘人在城西南切斷公路；潢川城北、城南全被日軍炮火摧毀，城北守軍在抵抗中傷亡慘重，敵軍突入，發生巷戰。守軍幾乎戰至最後一人。19日午夜，第五戰區下令潢川守軍退守經扶（新縣）。20日光山失守，中**隊退守孟家山繼續抵抗。
第27軍團在潢川的阻擊戰，得到第五戰區高度評價，電請蔣介石提前補充，獎勵有功將領。電文說：
“查張軍團長自忠守橫川，與敵激戰五晝夜，其在橫川城內的部隊，被優勢之敵包圍，與毒氣之攻擊，尤能艱苦奮鬥，不求增援，20日始因傷亡過重，退出該城，該軍團長尚能遵守命令，恪盡厥職，殊甚佩慰，擬請鈞座特以嘉獎，該軍團所缺兵額武器，並請提前補充，以資鼓勵。”
張自忠是一位有骨氣的愛國將領。七七事變後，第29軍軍長宋哲元退出北平，張自忠忍辱負重，留在北平與日軍周旋，外界不明真相，頗有非議。後張自忠轉輾到南京請求審查，真相大白後，複任第59軍軍長。徐州會戰時，率部馳援臨沂，為台兒莊殲敵創造了良好條件。徐州會戰撤退時，張自忠率部掩護大批主力部隊撤退，起到了極大作用。第27軍團在橫川戰役中傷亡極大，部隊撤到新縣後，兩個師又兩個騎兵旅，僅縮編為四個旅八個團。
蔣介石看了第五戰區的戰況報告，不禁欣歎道：“壯哉，張藎忱（張自忠字）！”於是提筆批道：“準予所請，著將第27軍團擴為第33集團軍，張藎忱為集團軍總司令。”
幾個月內連晉兩級，這在高級將領中是罕見的，足見蔣介石對張自忠十分器重。
第27軍團在新縣休整，張自忠抓緊時間召集營以上軍官作戰役檢討。他對作戰英勇者表揚獎勵，對表現欠佳者批評處理。
他說：“我們常說‘軍人有守土衛國之責’，又說‘養兵千日，用兵一時’。現在國難當頭，民族危亡之際，我們軍人正是報效國家之時。在戰場上英勇殺敵，寸土必爭，是我們的職責，要完成這種神聖的職責，隻有不怕犧牲，全力以赴才行。在潢川戰役中，有幾位部隊長出生入死，不怕犧牲的精神可敬可佩，應予表揚；為國捐軀的官兵，除哀悼外，我們要發誓為他們報仇！但有一些部隊長貪生怕死，部隊在作戰，他卻躲得無影無蹤，這是極其可恥的。兵熊一個，將熊一窩，這樣的部隊長如何要得！”
張自忠當即宣布，對作戰不力的三個團長，兩個撤職查辦，一個免職留任，戴罪立功。他告誡各部隊長，要抓緊時間做好休整，積極準備迎擊來犯之敵。
第38師與日軍激戰三晝夜，雙方均傷亡慘重。日軍為牽製中**隊，再次向潢川發動猛攻，並從東西北三麵采取包圍態勢。部將們見形勢不利，建議張自忠下令後撤，張自忠堅決不許。
他說：“我們分兵襲擊敵人，牽製敵人進攻；敵人也分兵襲擊我們，牽製我們進攻。我們能堅決頂住，就支援了我們的進攻部隊；我們退下去，就拉了我們進攻部隊的後腿。所以無論如何，我們要堅決頂住。”
又經過兩晝夜激戰，日軍未取得進展。
9月18日傍晚，第27軍團指揮部所在地五裏棚被圍。張自忠考慮到潢川守軍兵力單薄，就不向各師求援，自己親率警衛營突圍，然後派參謀通知第180師師長：司令部轉移，並叮囑必須盡全力確保潢川；又命令第38師抽調一個團守光山，隨後將軍團部移至光山。
9月19日，日軍以主力圍攻潢川，一路兩千餘人在城西南切斷公路；潢川城北、城南全被日軍炮火摧毀，城北守軍在抵抗中傷亡慘重，敵軍突入，發生巷戰。守軍幾乎戰至最後一人。19日午夜，第五戰區下令潢川守軍退守經扶（新縣）。20日光山失守，中**隊退守孟家山繼續抵抗。
第27軍團在潢川的阻擊戰，得到第五戰區高度評價，電請蔣介石提前補充，獎勵有功將領。電文說：
“查張軍團長自忠守橫川，與敵激戰五晝夜，其在橫川城內的部隊，被優勢之敵包圍，與毒氣之攻擊，尤能艱苦奮鬥，不求增援，20日始因傷亡過重，退出該城，該軍團長尚能遵守命令，恪盡厥職，殊甚佩慰，擬請鈞座特以嘉獎，該軍團所缺兵額武器，並請提前補充，以資鼓勵。”
張自忠是一位有骨氣的愛國將領。七七事變後，第29軍軍長宋哲元退出北平，張自忠忍辱負重，留在北平與日軍周旋，外界不明真相，頗有非議。後張自忠轉輾到南京請求審查，真相大白後，複任第59軍軍長。徐州會戰時，率部馳援臨沂，為台兒莊殲敵創造了良好條件。徐州會戰撤退時，張自忠率部掩護大批主力部隊撤退，起到了極大作用。第27軍團在橫川戰役中傷亡極大，部隊撤到新縣後，兩個師又兩個騎兵旅，僅縮編為四個旅八個團。
蔣介石看了第五戰區的戰況報告，不禁欣歎道：“壯哉，張藎忱（張自忠字）！”於是提筆批道：“準予所請，著將第27軍團擴為第33集團軍，張藎忱為集團軍總司令。”
幾個月內連晉兩級，這在高級將領中是罕見的，足見蔣介石對張自忠十分器重。
第27軍團在新縣休整，張自忠抓緊時間召集營以上軍官作戰役檢討。他對作戰英勇者表揚獎勵，對表現欠佳者批評處理。
他說：“我們常說‘軍人有守土衛國之責’，又說‘養兵千日，用兵一時’。現在國難當頭，民族危亡之際，我們軍人正是報效國家之時。在戰場上英勇殺敵，寸土必爭，是我們的職責，要完成這種神聖的職責，隻有不怕犧牲，全力以赴才行。在潢川戰役中，有幾位部隊長出生入死，不怕犧牲的精神可敬可佩，應予表揚；為國捐軀的官兵，除哀悼外，我們要發誓為他們報仇！但有一些部隊長貪生怕死，部隊在作戰，他卻躲得無影無蹤，這是極其可恥的。兵熊一個，將熊一窩，這樣的部隊長如何要得！”
張自忠當即宣布，對作戰不力的三個團長，兩個撤職查辦，一個免職留任，戴罪立功。他告誡各部隊長，要抓緊時間做好休整，積極準備迎擊來犯之敵。