当轰炸机飞临全州之时，笠原幸雄知道完蛋了，我军迟迟未发动进攻，一定是识破了埋伏。他急忙下令全军撤退，但为时已晚，各处部队还未收到电令，炸弹就已经落了下来。
半小时轰炸过后，20军和26军近百门榴弹炮和野战炮发出了怒吼，因为远射程的榴炮数量有限，炮击目标主要集中在城西高地山林和县城火车站。鬼子们还未及喘口气，又被炸了一通，这下更乱成一团粥，完全没有了建制，更别提坚守备战了。炮击持续近一个小时，20军与26军前达部队以及94军第5师各部，趁势向西面山林与县城发起了总攻。罗大成率一连跑得最快，第一个冲进了县城。城中鬼子像无头苍蝇，四散而逃，军官们也忙着组织撤退，根本无人抵抗。这是笠原幸雄慌乱之下犯下的致命错误，没有安排阻击掩护部队，所有鬼子都在向北逃跑。
特战团和398团的弟兄们追着鬼子屁股后面打，连举手投降的都顾不上，只待后续部队上来收拢。
攻击开始不久，29军91师大部也赶到了县城东南江边，立刻在江上架设浮桥。第29军是中央军，其第91师主要由东北军旧部改编的，师长赵琳急得直挥拳头，对着工兵们不断地叫喊着“赶紧，赶紧的，总攻开始了，再耽误，俺们连汤都喝不上了。”
日寇第11军所辖部队第58师团和独立混成第22、第88旅团的两万多人残部在我三路大军的追击下，如丧家之犬仓惶向东北方向逃窜，重武器及各类作战物资丢满一路。我军战后清点，共毙死毙伤两万余人，俘虏两千多人，缴获物资无数。这次攻城战取得的战果不亚于一次大型会战，更有意义的是将日寇全部驱赶出了桂境，广西全境再无敌踪。
第20和第26军遂得以进占全州，当日全县被我攻占，残敌沿湘桂铁路东窜；第20军官兵们对前几日的鬼子设伏阴谋耿耿于怀，乘胜前进，根本不顾是时日本已经宣布停战的消息，仍旧沿着湘桂铁路马不停蹄追赶着敌人，生怕敌人脱离了战斗；21日，第26军44师攻克东安，第20军134师攻克零陵，至此，湘桂路方面之战事宣告结束。24日，鬼子独立步兵第519大队退到祁阳时遭到游击队袭击，大队长谷口成男少佐战死，成为日军的湘桂撤退作战中阵亡的最后一名大队长。
与第三方面军在桂北地区的追击相呼应，第四方面军也于7月下旬开始向桂东和雷州半岛攻击前进，到8月15日日本天皇发布投降诏书止，先后攻克了丹竹机场、廉江、梧州等地，取得了巨大战果。其中，日军独立混成第70大队第1中队210名鬼子伤亡竟达170人，几乎被全歼。
八年艰苦卓绝的抗战终于迎来了最后的胜利。1945年8月15日，日本宣布无条件投降，鬼子官兵都向东下跪，听毕广播后嚎啕大哭，磕头不起。有宁顽不化而“破肚子”自杀的日军死前衰嚎：“长眠在山上、山谷里的战友啊!再见了!我们失败了。”，新兵们则暗自庆幸活了下来，如新兵秋月在战后回忆说：“我完全是被狐狸骗去当了兵。”
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