敌5军是蒋介石的五大主力之一，装备精良，步炮协同好，下层军官战术思想灵活，部队战斗力比较强。邱兵团想凭借实力突破我军防线，解救他们的难兄难弟区兵团。我3、8、10纵指战员早就对5军恨之入骨，真是冤家路窄，一场恶战爆发了。6月28日，敌5军200旅首先向我8纵65团阵地发起攻击。经2小时激战，敌占领高许庄、姚庄、于庄，我军转到周店与敌对峙，黄昏撤出阵地。敌63师则向我杞县攻击，激战1日后，城东我4纵教导团阵地被敌突破，乃撤出杞县。针对此情，我军立即调整部署，以相机待命的10纵附4纵12师在杞县东南正面阻击敌人，3纵、8纵坚守高阳集、苏木岗、许园、大范庄之线，威胁敌人翼侧。29日清晨，敌5军96旅先以炮火猛轰我军8纵64团马寨，孙寨阵地，8时许以坦克、装甲汽车配合迂回我侧翼阵地，经我军英勇反击，将敌击溃，俘敌10余名，缴获装甲汽车1辆，重机枪2挺，同时敌5军139旅亦向我高阳集阵地进攻，一度占领饮马池。11时敌又先后向我8纵67团、特务团、64团阵地进攻。经4小时激战，敌占领于洼、张洼、孙寨、顿屯一线阵地。午后，敌再分数路向我进犯，企图夺占我事东西王垌、苏所、高阳集一线阵地，分割我8纵与3纵的联系，8纵立即采取积极防御的战法，以64团一部由常寨向北出击，占领蔡营。下午5时，敌人在更猛烈的炮火掩护下，向我高阳集东的老庄进攻，被特务团击溃。到黄昏止，东西王垌、高阳集一线阵地仍被我军扼守。在4天的阻击战中，敌人虽倾全力在30公里的正面向我8纵队阵地进攻，但仅前进4—5公里。7月1日，4纵12师另有任务他调，12师34团在班庄、顾庄、官庄之防务，由3纵9师25团接替。25团刚刚接防，敌83师63旅就以2个团的兵力又向我军发起突然冲锋。我25团仓促投入战斗。与敌混战约40余分钟，终因敌来势凶猛，被迫撤出阵地。该阵地失守后对全局影响极大，陈士榘、唐亮接到报告后，即命令3纵坚决夺回失地。3纵马上又组织25团1、3营及9师特务连共9个连的兵力，坚决反击进占班庄、顾庄、官庄之敌，并抽调27团1个营至阵里寨作预备队。经我军猛烈反击，至17时，所失阵地全部收复，杀伤敌人近300人。
最壮烈残酷的防御阻击战，发生于担任正面阻援任务的10纵桃林岗方向。桃林岗，位于杞县城东南3．5公里，它是地处杞太、杞睢两条公路的要冲，是敌邱兵团东援的必经之路。它处于10纵阻击阵地的中央，是我各阻援阵地的支撑点。坚守住这一阵地，成为保证我阻击胜利的关键。
30日9时，敌599团自程寨向张阁攻击，600团一部佯攻桃林岗，激战1个多小时，两路犯敌被击退。17时30分，敌在强烈炮火掩护下，向我张阁阵地连续发起攻击，83团1营猛打猛攻，多次与敌展开白刃格斗，最后被迫撤出。接着，敌以近1个团的兵力猛攻我前沿阵地权寨，权寨失守。与此同时，我29师部分前沿阵地亦被敌攻破。经一日激战，敌在我阵地前弃尸累累。邱兵团进攻受挫，蒋介石暴跳如雷，急携空军司令周至柔乘飞机抵杞县上空督战。在蒋介石的严令下，邱清泉倾其主力于桃林岗、并手令“进攻不成，按级斩首”。
第二天，阻击战打得更加激烈。上午，坚守在桃林岗主阵地的83团3营连续打退了敌人两次大规模的进攻。下午1时，敌600团又发起新的进攻，敌对我军阵地实施了半个多小时的炮火急袭，并以5架飞机狂轰滥炸。炮火刚过，敌人在7辆坦克掩护下向我军阵地冲来。
我3营营长朱福修一面令仅有的2门战防炮打敌坦克，一面指挥部队集中火力打步兵。敌人被撩倒一批，又上来一批，一直冲到我阵地前60米处。忽然，冲在前头的1辆敌坦克冒出一团黑烟，不动了。紧接着，随着三四声炮响，又有3辆坦克见势不妙掉头就逃。跟在坦克后面的敌步兵也乱了阵脚。我军抓住战机，一个反冲锋，把敌人打了下去。7月2日上午8时，敌200旅旅长高吉人亲自督战，对我桃林岗阵地发起更加疯狂的攻击。敌先以百余门火炮向我狂轰，继而四五架敌机在村庄上空轮番扫射轰炸，桃林岗好似变成了一座爆炸了的弹药库。爆炸声还未停息，黑压压的敌群就向我军阵地扑来。
在此艰难时刻，华东野战军代司令员、代政委粟裕亲自给83团团长、政委打电话，关切慰问，并命令：“坚决阻住援敌，决不能后退一步！”
仗愈打愈烈，敌人涌上我83团3营9连阵地，把9连阵地分割成左右两部分，并以机枪封锁3营指挥所，眼看就要突破我阵地，形势十分危急。9连的战士们，在爬上了围墙的敌军面前，已来不及装弹射击了，就抡起枪托，向爬墙的敌人头上拚命砸去，砸下去一批又涌来一批，这样反复四五次，我们的战士越来越少了，敌人却一层层增加。9连连长、指导员命令1、3排各一部兵力，分别从北、西两个缺口杀向爬墙敌人侧翼。我7、8连也奉命前来反击。激战一直持续到夜晚。在我军英勇反击下，敌人狼狈溃退。我军乘胜追击，俘敌380余人，缴枪100余支，我军又胜利了。3日，敌人又两次攻击我桃林岗阵地，遭到了同样失败的命运。
6月30日黄昏，在敌人疯狂攻击下，张阁、权寨相继失守，这对我整个防御阵地是个严重威胁。如果在当夜不夺回这两个村庄，我10纵防御阵地就有被迫后撤的危险。黄昏以后，我83团2营和82团3营，分别接受了强夺张阁和权寨的战斗任务。半夜时分，权寨的敌人被肃清。张阁、权寨这块重要的阵地，又回到了我军手中，使我军整个防御阵地转危为安。5昼夜过去了，尽管敌人多次偷袭、冲击，张阁、权寨仍牢牢地掌握在我军手中。对此，南京国民党国防部惊慌失措，蒋介石也坐不住了。7月2日，他不惜以统帅身份携空军总司令周至柔乘飞机亲临杞县上空督战，严令邱清泉迅速攻击前进，与区兵团会合，并急令由徐州北援兖州且已进至滕县的敌整编第25师火速西调，凑集第3快速纵队、交警第2总队，组成1个兵团，由黄百韬任兵团司令，日夜兼程驰援睢县。10天来，敌5军、83师尽管付出了1．5万人的伤亡，但还是停滞于杞县近郊，虽然与区兵团相距只有10公里，照样一筹莫展，只能眼巴巴地看着他们被歼被俘而无可奈何。
陈小楼战斗刚刚结束，华野首长命令11纵靠向帝丘店地区，阻止西援的黄百韬兵团，保障华野突击集团围歼龙王店守敌的顺利进行。接到命令后，11纵司令员王秉璋命33旅进至逻岗地区；31旅进入张莲池、伯党集一线；32旅进至帝匠店、和楼一线。当日中午，11纵98团在逻岗地区与敌军接火，激战5小时左右，因伤亡过大，无力坚持战斗而撤出。派去增援的99团，也未能按时进入指定地区，在逻岗、和楼地区与敌军遭遇，双方激战后，我军向西收缩阵地。2日拂晓，我华野突击集团全歼龙王店守敌：黄百韬兵团在蒋介石的严令下，倾力西援。
敌机进行低空扫射和轰炸，敌人的山炮、野炮、榴弹炮也一齐向我军阵地轰击。接着，敌人步兵像一窝蜂似的分三路向32旅96团和94团、95团冲来，经过一阵激烈战斗，杨桥、雷屯被敌人占领。据守刘楼的96团由于失去左、右两翼配合，陷入了敌人的包围之中。忽然电话铃响了，96团副政委兼政治处主任张北辰拿起耳机，立刻听出是胡华居旅长，他用极严肃的口气说：“94、95团虽然撤退了，但你们还要死守阵地，你们能否阻击住敌人，是能不能活捉区寿年，圆满结束战役的重要关键。”
敌人的飞机更加疯狂了，炸弹声、炮弹声、机枪扫射声响成一片，敌人1个营的兵力向我2营阵地冲来。我2营指战员沉着应战，等到敌人离阵地约40米左右，轻、重机枪，60炮、迫击炮一齐开火，敌人成堆成堆地倒在前沿阵地上，没死的连滚带爬地逃了回去。可是没过多久，敌人又组织第二次进攻，又全部我被歼灭了。紧接着敌人又组织了第三次更大规模的进攻。这一次敌人在几架飞机和十几门大炮配合下，从刘楼东、北两个方面向我1、2营阵地同时发动进攻。敌人利用青纱帐的掩护从村东南角迂回过来，有2个排的兵力打进了村里，团指挥所与1营的联系被切断了：在这万分紧急的情况下，张北辰副政委和何参谋长当机立断，把2营一个排的兵力调去协同1营作战，先消灭进村之敌，双方展开了激烈的肉搏战。经半小时的拼搏，进村之敌，除5名投降外，其余全被消灭了。正在这时，一小股敌人从村西南角高梁地里绕了过来，正向我伤员救护所进攻。张北辰立即命令李参谋率通讯班前往支援；又命令组织股长宋茂玉迅速把96团部的干事、文书、炊事员、饲养员、勤务员等组织起来，到村西面参加战斗；命令宣传股长邹超立即把重伤员护送到旅伤员收容所，保证伤员的安全。我军三面受敌，战斗越来越激烈，越来越艰苦。这时，团长、副团长都受了伤，政委有病没有参加战斗，只有张北辰和何参谋长坚持指挥战斗。13点30分，战斗仍在激烈地进行着。张北辰和何参谋长都汗流浃背。这时，1营通信员跑来报告：打进村内的敌人被全部消灭，向我们进攻的敌人也被打退了。接着，张北辰又接到2营粉碎敌人进攻的报告，同时，向救护所进攻的敌人也被我们打垮了。
敌人连续进攻失败后，大炮也泄了劲，炮声越来越稀了，只有几架飞机低空侦察，张北辰和何参谋长判断：这是敌人在准备更大规模的进攻，我们丝毫不能麻痹大意。组织股长宋茂玉刚率领担架队护送伤员离开刘楼，敌人在强大炮火和多架飞机的掩护下，又开始进攻了。当敌人接近我军阵地时，2营4连从战壕里跳出来冲在前面，随后1营2连也冲了出去。这时张北辰和何参谋长看时机已到，立即命令司号员吹起反击的冲锋号。全团指战员如同猛虎下山，在炮火纷飞、硝烟弥漫中向敌人迅猛反击。整个刘楼外围在进行你死我活的白刃战，我军越战越勇，敌人坚持不住，留下一大片尸首抱头鼠窜了。下午4时，96团圆满完成阻击任务，由6纵18师接替防御。此时龙王店守敌已被全歼。但是，我中野11纵队其他阵地却被敌25师所突破。
叶飞原拟以第1纵队的1、3师进至睢县以东，围攻五里庙、铁佛寺之敌72师。第11纵队杨桥至刘楼一线阵地被敌突破时，1师正好赶到，先敌抢占柴寨、董店，阻击敌黄兵团与72师靠拢，但竟处于敌军东西夹击的紧张状态之中。7月2日，我1、3师与敌72师，东与敌黄兵团两面激战于赵堂、董店、柴寨、王老集一线。
此时，野司命令第3、第10纵队及第8纵队一部，继续阻击邱兵团；命令叶飞指挥第8纵队大部及第6纵队一个师围歼敌整编75师残部，第1、第4纵队及第6纵队大部、两广纵队攻歼黄兵团，中野第11纵队监视敌整编第72师，并为战役预备队。野司首长的决心是很大的，给华野1、4、6纵、中野11纵、两广纵队、骑兵团各首长的电令非常明确：“我军应乘黄兵团立足未稳、工事未固，于本晚分别完成包围，随即发起攻击，明日白昼也继续攻击，力求速决，否则战斗时间拖长，对我颇为不利，但快速原则之势，亦不是无准备的盲目乱碰，望各首长遵叶司令之具体部署，迅速坚决执行，务求于明（3日）晚完成歼灭黄兵团之任务为要。”
根据预定作战计划，我军迅速歼敌75师第16旅旅部及2个团，主力则在敌黄兵团正向我进攻时全线出击，对黄兵团实施突击。战至4日拂晓，我军歼灭黄兵团2个团，并将它压缩于帝丘店及其外围10余个村庄内。5日，敌步兵由坦克引导，在飞机和炮兵火力的支援下，于帝丘店附近向我进攻部队实施疯狂反扑。特别是我柴寨第7团阵地被敌机狂轰滥炸，坦克步兵联合猛攻达7小时之久，但我阵地屹立未动。我军给敌以大量杀伤后，将其击退。黄昏后，我军再次向敌发起攻击，至6日晨，1纵攻下王老集，全歼守敌整编25师324团另2个连。其余各纵队各有进展，黄百韬被迫把部队收缩到以帝丘店为中心的狭小地带。
7月5日晚的攻击，我军没有完成肃清帝丘店外围的计划，因此预定6日总攻帝丘店也就不可能了。推迟到7日晚，而这时敌人的援军就逼近了，将使我军陷于被动。敌变我变，打仗精明的粟裕，果断决定趁胜收兵，睢杞战役以歼敌5万余人胜利结束。这一胜利使中原形势发生了很大变化，敌人完全丧失了战场主动权。这对于以后我军与敌人进行战略决战，起了很大作用。
7月11日，党中央、毛主席给华东和中原人民解放军全体指战员发来贺电：“这一辉煌胜利，正给蒋介石‘肃清中原’的呓语以迎头痛击；同时，也正使我军更有利地进入了中国人民解放战争的第三年度。当此盛暑，特向同志们致慰问之意。”
