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以后，和第三师团一部配合，于28日，在70余架空中飞机、包括江上炮舰在内的数百门大小火炮以及海军陆战队登陆作战的支援下，从东南和东北两个方向对田家镇展开进攻，双方激战。日机悍然投下各型炸弹1500多枚，给缺乏有效防空火力掩护的中国守军造成很大损失。
尽管如此，各处阵地上的中国守军克服连续作战、得不到上级有效补给和支援的种种困难，拼死抗击，常常战至伤亡殆尽，阵地才告易手。其中，负责防守要塞核心阵地的龙子育团长中弹殉国，全团伤亡惨重。
战至下午，田家镇已陷入敌三面炮火之中，除阳城山、演武山、南山、牛关庙等要塞周围要点失去外，日军还占领了田家镇要塞的最高峰玉屏山。激战中，要塞守备司令海军梅一平少将与炮台总台长等人坚守炮位，相继阵亡。
到晚上，日军利用黑暗掩护，猛冲田家镇等地，致使守军防御体系被冲乱，彼此失去联络和协同，敌我混战在一起。
蒋介石在了解到战局最新状况之后，于29日凌晨电示，“转移兵力，巩固北方正面，11军团调上巴河整理”。李延年所部根据指令，开始组织残部陆续转移，并以第57师一部兵力强占马口隘路，掩护主力撤离。田家镇于该日上午11时终告不守。
尽管蒋介石早在8月就指示，“田家镇要塞须作固守两月以上的准备”，但结局却与之大相径庭。田家镇要塞及其附近地区落入敌手之后，向西直至武汉中国守军已难以找到很好的防御屏障体系了，因此此战对会战的影响是深远的，某种意义上意味着武汉会战最困难时期和最后阶段的提前来临。
战后统计，仅在田家镇一地，日军死伤就共计约达2万人之数。
日军在黄梅、广济、田家镇一线大别山南麓战场的一系列战斗中，元气大伤，西进步伐明显放缓，正如一名日本海军少将战后所承认的那样，“日军对打通蘄（春）广（济）公路预期很短”，但由于“不断遭到中**队的顽强抵抗，结果进展不大，拖延了时间。日军前线军官曾产生顾虑，蘄广战线的激战程度与地形的复杂性，是超过日军预料的”。最终，日军直至10月下旬方才重新展开进攻占领上巴河地域。