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日军第13师团十分猖獗。9月2日攻陷开顺街及叶家集；3日攻陷八里滩、新集子；4日向富金山进攻。富金山守军是第71军所属第36师，该师是宋希濂军长的“起家”部队，也是第71军主力基干部队，自1933年宋希濂任师长其起，一直率该师奔波征战。
8月下旬，宋希濂奉命率部到达商城附近，即召集师长和参谋人员去叶家集一带侦察地形，离叶家集很近的富金山，在公路南侧，可居高临下，控制公路，是最佳的作战地域。宋希濂当即决定，以第36师控制左翼，第88师控制右翼，另派第61师据守固始。
宋希濂将指挥部设在富金山顶上，可以观察到整个作战情况。
9月4日，富金山战斗打响了。
日军飞机十余架、大炮二十余门，向富金山守军阵地猛烈轰炸。其炮弹射程可以射到山顶指挥部。第36师阵地有几条棱形线，部队在几条棱形的山腰布防，沿棱形线通到山顶，其配置呈梯形。该师以第108旅固守阵地。当日军进攻时，第108旅在正面坚决抵抗；同时，第262旅由南侧、第106旅由北侧出击，对敌实行三面夹击，给敌以重创，使其龟缩而退。
同日，日军攻陷南大桥，但第61师第261旅仍固守固始东部阵地。
9月5日，日军第13师团向富金山局部进攻，又被守军击退。
战斗中，宋希濂总是在第36师各团阵地上来回巡视，鼓励官兵：“打！狠狠地打！向鬼子讨还血债的时机到了！”
日军千余人由黎家集以南渡河，向武庙集前进。第88师第527团还击该敌，激战终日，与敌在史庙子附近対峙。日军连日猛攻，每天都要付出重大伤亡。
军委会传来消息，说国外报纸转载日本国内报纸消息说：皇军在富金山，受到中**队宋希濂军的顽强抵抗，伤亡甚大，战况却毫无进展。勉励宋希濂部再接再厉，给日军更大杀伤。
经过十天激战，第36师也付出极大伤亡。宋希濂告诫各师旅团长：要提高警惕，日军在进攻十天而无进展后，必然会疯狂报复，或放毒气，或出奇兵，或从别的方面寻找突破口。“知己知彼，百战不殆”，他要求每师派出小部队侦察，并与民间广泛联系，了解敌情，防患于未然。
果然日军又派第10师团，该师团长获洲立兵观察了富金山地形，进行了试探性进攻后，认为“不能力攻，只能智取”。日军侵华战争中极少夜战，获洲立兵却派出千余人，组成精悍的突击部队，于9月10日夜间向武庙集运动，企图侧背迂回，偷第88师指挥中心。
但被该师第523团1营的侦察部队发现，立即向师部报告。师长钟彬得到报告，来不及向军长请示，当即找来参谋人员及当地民众为向导，研究日军必经之路，发现坳口塘是一处重要险路，利于伏击，立即命令第528团火速赶去埋伏。
日军排成几路纵队以急行军速度推进，但走到伏击区时，因为路窄变为两路纵队行进。当日军队伍走过一大半时，第528团突然拦腰猛袭。日军被打得晕头转向，乱成一团，无法组织抵抗。没进入伏击区的日军掉头逃窜，被伏击部队反打回来，与在伏击区内的日军拼命夺路。伏击部队猛烈射击，只有极少数敌人脱逃。天亮打扫战场，发现日军遗体五百余具。