Cuộc tấn công được thực hiện bởi một lực lượng hơn 120,000 lính Nhật được trang bị vượt trội, được yểm trợ bởi không và hải quân. Lực lượng Trung Quốc do Tướng Tiết Nhạc chỉ huy bao gồm Cụm Quân đoàn 9 có hơn 300,000 lính và sự yểm trợ từ các Cụm Quân đoàn 5, 6, và 7. Tuy nhiên, do tình báo yếu kém và đường dây điện báo bị cắt bởi quân Nhật, phía Trung Quốc ở trong thế bị động và hoàn toàn bất ngờ trước cuộc tấn công từ người Nhật.

Lực lượng tấn công tiến vào Trường Sa ngày 27 tháng 9 năm 1941. Sau một pháo kích dữ dội thiêu rụi phần lớn thành phố Trường Sa, với sự hỗ trợ của Cụm Quân đoàn 6 và 7, lực lượng phòng thủ thành phố đáp trả quân Nhật bằng chiến tranh đô thị ác liệt. Quân Trung Quốc đã bảo vệ Trường Sa thành công, chiếm lại thành phố. Sau đó Cụm Quân đoàn 5 và 6 tấn công quân Nhật ở phía tây thành phố Hán Khẩu ở tỉnh Hồ Bắc buộc quân Nhật phải rút khỏi Trường Sa. Quân Nhật bị thiếu đạn dược và thực phẩm. Sau khi tổn thất hơn 7,000 lính[5] người Nhật rút lui.