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在欧震等部阻击敌人的时候，薛岳调遣的各师已陆续到达指定位置，达成了对第一〇六师团的包围。冈村宁次倒吸一口冷气。自侵略中国以后，他指挥的作战还没有打成这样——眼前这个号称“老虎仔”的中国将领，这不是摆明要把我精锐的第一〇六师团围歼在万家岭吗？
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绝不能让这种情况发生。10月2日下午，他紧急发电给松浦，严令他火速撤出万家岭地区，全力向北方突进和第二十七师团会合。同时冈村严令第二十七师团全力向第一〇六师团靠拢。
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而这时，那个狂妄自大的松浦也感到大事不妙，顿时吓出了一身冷汗，再也自信不起来了，命令部队立即突围出去。
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应该说，这时虽然形势非常危急，但是如果一〇六师团不顾一切全力突围，或许还有一线生机。可就在这样的紧要关头，发生了一件令所有人意想不到的事情——松浦居然迷路了！
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这是怎么回事儿？
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抗日英雄薛岳的任命书
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原来，当时日军使用的1比50000的作战地图，这种地图还是1926年冈村宁次在九江做孙传芳的顾问时设法窃取的。由于地图时间过久，有很多错误之处，加上万家岭一带方圆十几公里，到处都是参天大树，遮蔽了所有的阳光，进了树林就是一片黑暗根本看不到太阳，自然无法辨明方向。
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又由于是山区，经常起雾，也无法找到地图上的任何参照物。松浦想利用指南针测方向，可惜当地普遍都有磁铁矿，指南针不是到处乱转就是一动不动，根本无法使用。当地的中国居民得知日军前来，都不愿意和日军合作，统统逃到了山里隐蔽起来，日军根本找不到一个向导。这一下子，可就把松浦的师团送到了坟墓了。
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这时，薛岳已完成了合围的部署：
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他命令第四军第九十师由大小金山向万家岭及其东北之敌实施攻击；
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第七十四军第五十八师由狮子崖墩向万家岭、王家山之敌实施攻击；
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第一四二师、第十五师一个团进出乌童岭、梨山一线，向石堡山之敌实施攻击；
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预备第六师、第九十一师一个旅进出斗姆岭、马鞍山、凤凰山以东地区，向石堡山北端的王家岭之敌实施攻击；
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第九十一师的一个旅迅速肃清头口附近之敌，进出邓家山，协助预备第六师之攻击任务，并切断敌北溃的道路；
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新第十三师以一个团的兵力，由丛树宝向何家山、凤凰山、石堡山西北之敌实施攻击。
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10月7日，薛岳下达了对合围歼灭松浦师团的总攻令，10万大军全线攻击。中国军队的王牌主力第七十四军，在俞济时的带领下，猛攻万家岭以东的长岭、张古山，仅打了一天多，就打死打伤日军4000余人。
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8日，剩下的日军依靠张古山高地为主阵地顽抗，夺取此阵地是整个战役的关键。但是此处地形极其险峻，很多地段几乎为90度的悬崖，易守难攻。七十四军几次强攻没有见效。七十四军第三〇五团团长张灵甫当天晚上率一支敢死队，从日军疏于防范的后方悬崖绝壁上乘夜攀登上去，一上去他们就挥舞大刀突然进攻，将睡梦中的323个日军官兵全部砍杀，一举占领张古山主阵地。拂晓后，日军在飞机和重炮的掩护下拼力反扑，一度夺回阵地。张灵甫率部死战，腿部被打断仍不下火线，最终牢牢控制了该阵地。战后统计，日军仅遗张古山阵地前的尸体就达4000多具。
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激战至10月9日，在中国军队的打击下，日军仅剩下数千残兵，筋疲力尽，面色憔悴，精神接近崩溃，仅仅靠着人的生存的本能拼死抵抗。此时，不但士兵死伤严重，连军基层军官也几乎伤亡殆尽，很多连都只能由班长指挥，无法有效作战。于是，华中派遣军司令官畑俊六大将亲自组织向万家岭地区空投了200多名联队长以下军官，以加强其防御力量。这在整个中国抗日战争中是绝无仅有的。可惜山中风大，中日阵地又犬牙交错，很多降落伞飘到了中国军队的阵地上，许多日本军官一落地，就被中国军队逮了个正着，成了俘虏。
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这一天，蒋介石发来电报，命令薛岳务必在10月9日24时前全歼该敌，结束战斗，作为给“双十节”的献礼。15时，薛岳命令各部队选拔勇壮士兵200至500人组成奋勇队，担任先头突击。同时各部长官一律靠前指挥，薛岳自己也亲临一线。18时，炮火准备。19时，奋勇队出击，各主力部队紧随其后，向包围圈里的日军实施全线攻击。各部队前赴后继，踏尸猛冲。经过一夜血战，一〇六师团的防御阵地彻底崩溃。激战至10日晨，第六十六军收复了万家岭、田步苏，第四军收复大金山西南高地和箭炉苏以东高地，第七十四军收复张古山，第九十一师收复杨家山东北无名村，第一四二师收复杨家山北端高地。战斗中，第四军前卫突击队曾突至万家岭第一〇六师团司令部附近不过百米，因天色太黑，加之自身也伤亡重大，未能及时发觉松浦中将。据战役结束后一名日俘供认：“几次攻至师团部附近，司令部勤务人员全部出动参加战斗，师团长手中也持枪了。如果你们坚决前进100米，师团长就被俘或者切腹了。”
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战斗到10日，日军第一〇六师团10000余人全部被歼灭在万家岭，被俘日军300多人。只有师团长松浦淳六郎率千余人狼狈突围出去。未能生擒松浦淳六郎，成为此次会战中最大的遗憾。
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11日，第一〇六师团残部退守雷鸣鼓刘、石马坑刘、桶汉傅、松树熊等不到5平方公里的地区内固守待援。冈村宁次严令各部不惜代价，增援万家岭。鉴于基本歼灭一〇六师团的主要目的已经达到，而各部队伤亡均极惨重，薛岳命令各部撤出战斗。至此万家岭会战结束。
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在万家岭会战中，中国军队表现出的机动灵活、组织严密的特点，和中国士兵英勇顽强、不怕牺牲的精神，极大地振奋与鼓舞了全国人民的抗战信心。胜利喜讯传开后，全国各地热烈祝贺。各电台、报刊都以显著标题刊登万家岭大捷的消息并给予了高度评价。10月11日《大公报》发表社评称：“这种胜利是抗战以来的第一次，其意义重大，远过于四月初旬之台儿庄。”众多贺电给予高度评价以振奋人心。万家岭大捷消灭了侵华日军的有生力量，挫败了侵略者的嚣张气焰。
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