为掩护航空队作战，日军坂西一郎率领第二十军，下辖6个师团，3个独立旅团，另加伪和平军第二师和第三飞行师团的第四十四战斗队，独立五十四中队及炮兵、工兵2个独立联队，共8万多兵力进攻湘西。
不过，重庆国民政府军事当局也觉察出日军的阴谋，决定倾力保卫芷江空军基地。
陆军总司令何应钦亲自担任总指挥，第四方面军王耀武部担任正面防御作战第三方面军汤恩伯部担负桂穗路防务第九十军为战役机动兵团，配置靖州、绥宁一带，以策应王耀武部右翼作战第十集团军王敬久部接替湘北防务原防守湘北的第十八军调沅陵、辰溪集结，作为第四方面军的机动兵团，并从昆明空运新六军廖耀湘部至芷江作总预备队。参战陆军为8个军23个师，加上后勤保障部队，总兵力近20万人。
空军方面，仅美空军在华的各类战斗机、中型和重型轰炸机、侦察机等就有将近千架，但各方面性能与零式战机还有差距。
为配合地面部队作战时，中美联合战队频繁升空牵扯日本第三飞行团的战机。
4月10日，在五架40战斗机的保护下，五架29重型轰炸机从芷江机场起飞，对日军后援地冲了下去，五颗500磅的炸弹落了下去，立刻响起了惊天动地的爆炸声，炸弹落处，陷入了一片火海，小树，草丛，枯枝，野草总之一切能燃烧的东西都开始燃起来，其中包括卧倒在地的日本兵。衡阳、宝庆、湘潭三角地带所有的大小公路桥梁销毁殆尽，彻底破坏了日军的增援路线。日本士兵还未来得及喘口气，扑灭身上的火苗。隆隆地发动机声又在他们的头顶响起来了。
20日，中美联合战队出动全部飞机轮番攻击放洞、红岩、大庙、大黄沙及1450高地等处的日军据点，给立足未稳之敌以致命的打击。
巨巨巨航弹落下的破空声响起。
片刻之后，十六枚航弹的连续爆炸，复盖了日本人全部进攻展开的队形，猛烈地爆炸气浪夹杂着山石，尘土，连根拨起的树木和日本士兵的肢体，一起飞上了半空中，空气中弥漫着呛人的硝烟，迫使这一线日军停止进攻。
4月27日，日第47师团重广支队被中国第73军包围于红岭山。在中美空军的轰炸扫射下，该支队只有招架之功，无还手之力。日第86混成旅团在小溪、猪栏门等处渡河时，恰逢河水暴涨，乘竹筏至河中心时，遭美机轰炸，伤亡惨重，勉强抢渡过去的若干联队，也形不成攻击的拳头。
5月1日，中路日军主力一一六师团，向雪峰山东麓的上查坪、下查坪、肝溪一带中国守军阵地发起猛烈
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