羅山失守，信陽形勢嚴峻。第五戰區為加強信陽地區防守和便於指揮，於10月4日，將胡宗南第17軍團編為豫南兵團，仍歸第五戰區指揮，轄第1軍、第16軍、第45軍及第43軍。這時日軍第10師團及第8旅團已開始行動。
第五戰區為牽製日軍，令第27軍團以一部進占光山，大部向潢羅公路前進，向西威脅日軍右側背，並將第132師配屬之，以加強其戰鬥力；另命第15軍團第13師進出至宣化店，向北威脅日軍左側背。
軍委會考慮到信陽地區戰略地位重要，唯恐胡宗南兵力不足以阻止日軍，為防止日軍從平漢路迂迴武漢，決定加強這方麵兵力。
10月5日，下令將羅卓英第19集團軍編為第5兵團，轄第17軍團、第15軍團、第3集團軍、第39軍及第48軍，負責平漢路及信陽方麵作戰。其武漢衛戍總司令職務，由武漢警備司令兼第94軍軍長郭懺繼任。
10月5日，日軍第3師團擊潰羅山以西守軍第125師及第167師防線，渡過溮河，占領順河集、羅灣、王家灣；第8旅團擊破第78師防線，攻陷欄杆鋪；第10師團攻占澀港、青山店。胡宗南命令第167師派一部襲擊渡過溮河之敵，命令第1師派一部阻止米堂店之敵，但均未奏效。
同日，國民政府軍委會命令羅卓英兵團增援信陽，指揮信陽地區作戰。
10月6日，第39軍軍長劉和鼎率部通過柳林車站向武勝關方向開進。
同日，羅卓英到達雞公山，命令胡宗南部向南攻擊，會同第13師驅逐柳林車站以北之敵；第22師到達柳林車站以南的李家岩附近。
10月8日，日軍第10師團以一部兵力留置朱堂集、新集、柳林，掩護其側背，主力沿平漢路向信陽前進；日軍第8旅團及第3師團，繼續向信陽和長台關進攻。
10月9日，胡宗南調整部署：以第16軍、第46師之一旅、第45軍第125師，仍在中山鋪南北之線原陣地拒敵；第46師（隻一旅）附第78師之一部在信陽外圍占領環城陣地，第78師以兩個營守備信陽城；第78師主力附第1師第1旅攻擊東雙河方麵之敵；第106師守備明港、正陽、長台關；第1師（隻一旅）集結信陽西北地區歸軍團控製。
10月10日，日軍第10師團主力擊退第78師，進至東雙河以北地區；第8旅團攻陷中山鋪及東郊陣地，迫近信陽；第3師團突破第125師防線，攻占長台關。11日，日軍騎兵已進至信陽城下。信陽已陷於日軍三麵包圍之中。
這時，胡宗南令第78師一個團防守信陽城，第17軍團主力撤至信陽以西地區集結。他想隻要放棄信陽，武漢就會不保，必然就會下令總撤退。曆來總撤退都是混亂不堪的，趁混亂帶部隊西撤，誰也阻擋不住。此時不撤，更待何時！
胡宗南也想過：不聽李宗仁命令，擅自撤往南陽會有什麽後果。李宗仁會暴跳如雷，會向軍委會控告他，甚至會去找蔣介石吵鬧，要求嚴厲製裁他。那又會怎麽樣呢？“天塌下來有高個子頂著”！他相信蔣介石能頂住李宗仁的控告，不會對他加以製裁的。思前想後，胡宗南下了決心，將李宗仁電報撕碎，令其軍團七個師“向西轉移，集中於南陽地區待命！”
10月12日，日軍第8旅團集中坦克及炮火猛攻信陽城。戰至中午，守軍撤出，信陽城被日軍占領。
第五戰區為牽製日軍，令第27軍團以一部進占光山，大部向潢羅公路前進，向西威脅日軍右側背，並將第132師配屬之，以加強其戰鬥力；另命第15軍團第13師進出至宣化店，向北威脅日軍左側背。
軍委會考慮到信陽地區戰略地位重要，唯恐胡宗南兵力不足以阻止日軍，為防止日軍從平漢路迂迴武漢，決定加強這方麵兵力。
10月5日，下令將羅卓英第19集團軍編為第5兵團，轄第17軍團、第15軍團、第3集團軍、第39軍及第48軍，負責平漢路及信陽方麵作戰。其武漢衛戍總司令職務，由武漢警備司令兼第94軍軍長郭懺繼任。
10月5日，日軍第3師團擊潰羅山以西守軍第125師及第167師防線，渡過溮河，占領順河集、羅灣、王家灣；第8旅團擊破第78師防線，攻陷欄杆鋪；第10師團攻占澀港、青山店。胡宗南命令第167師派一部襲擊渡過溮河之敵，命令第1師派一部阻止米堂店之敵，但均未奏效。
同日，國民政府軍委會命令羅卓英兵團增援信陽，指揮信陽地區作戰。
10月6日，第39軍軍長劉和鼎率部通過柳林車站向武勝關方向開進。
同日，羅卓英到達雞公山，命令胡宗南部向南攻擊，會同第13師驅逐柳林車站以北之敵；第22師到達柳林車站以南的李家岩附近。
10月8日，日軍第10師團以一部兵力留置朱堂集、新集、柳林，掩護其側背，主力沿平漢路向信陽前進；日軍第8旅團及第3師團，繼續向信陽和長台關進攻。
10月9日，胡宗南調整部署：以第16軍、第46師之一旅、第45軍第125師，仍在中山鋪南北之線原陣地拒敵；第46師（隻一旅）附第78師之一部在信陽外圍占領環城陣地，第78師以兩個營守備信陽城；第78師主力附第1師第1旅攻擊東雙河方麵之敵；第106師守備明港、正陽、長台關；第1師（隻一旅）集結信陽西北地區歸軍團控製。
10月10日，日軍第10師團主力擊退第78師，進至東雙河以北地區；第8旅團攻陷中山鋪及東郊陣地，迫近信陽；第3師團突破第125師防線，攻占長台關。11日，日軍騎兵已進至信陽城下。信陽已陷於日軍三麵包圍之中。
這時，胡宗南令第78師一個團防守信陽城，第17軍團主力撤至信陽以西地區集結。他想隻要放棄信陽，武漢就會不保，必然就會下令總撤退。曆來總撤退都是混亂不堪的，趁混亂帶部隊西撤，誰也阻擋不住。此時不撤，更待何時！
胡宗南也想過：不聽李宗仁命令，擅自撤往南陽會有什麽後果。李宗仁會暴跳如雷，會向軍委會控告他，甚至會去找蔣介石吵鬧，要求嚴厲製裁他。那又會怎麽樣呢？“天塌下來有高個子頂著”！他相信蔣介石能頂住李宗仁的控告，不會對他加以製裁的。思前想後，胡宗南下了決心，將李宗仁電報撕碎，令其軍團七個師“向西轉移，集中於南陽地區待命！”
10月12日，日軍第8旅團集中坦克及炮火猛攻信陽城。戰至中午，守軍撤出，信陽城被日軍占領。