潜江日军232联队全军覆没的战报快速传至沔阳城内，驻守沔阳的600余名日军残兵听闻主力联队覆灭，彻底丧失坚守抵抗的底气。
1月20日凌晨，日军趁夜色弃城出逃，沿长江北岸公路朝汉口仓皇逃窜。宋希濂第11集团军71军87师261团兵不血刃开入沔阳城，完整接管全城城防，收拢城内溃散无主伪军。
南线两处沿江屏障尽数扫清，杜聿明第5集团军、宋希濂第11集团军合计18万余名主力向东全速机动，进驻汉口东郊、南郊全部沿江高地，构筑多层野战工事封锁长江北岸所有渡口码头，武汉东南两面合围包围圈彻底闭合。
西线、南线各县攻坚同步推进期间，第九战区25万地面大军全线猛攻赣北南昌、九江日军据点，死死牵制日军第68师团后方留守部队，使其无法抽调兵力沿长江西进驰援武汉守军。
赣北日军先后发起9次大规模大队级反扑，全部被第九战区依托山地、江河防线击退；长江东线日军舰艇尽数蜷缩九江港口，不敢向西航行，全程没有一支部队、一艘舰船抵达武汉，日军东线支援通道被彻底切断。
第五战区20万兵力固守大别山四道纵深阻击防线，死死卡住南京西进援敌通道。自南京出发、意图增援武汉的15000名日军，连续7次冲击大别山隘口要道，每一轮冲锋都要直面密集炮火覆盖与国军步兵刺刀反突击，伤亡惨重，始终无法突破大别山防线踏入江汉平原，华东日军驰援路线完全锁死。
至此，日军东、南两路外部援军全部被友邻战区牢牢拦截，困守武汉三镇的7万余日军残兵陷入孤立无援的绝境，水陆两路尽数被国军封锁，粮草、弹药日渐枯竭。
河南信阳日军第11师团抽调3个完整步兵大队，总计3800人，携18门70毫米步兵炮沿随信公路南下，妄图冲破随县防线支援武汉。北线阻援集群第33集团军总司令张自忠依托桐柏山三层山地永久工事死守，梯次防御部署清晰：一线38师112团、113团直面日军主攻方向；二线38师114团作为机动缓冲部队；军属12门75毫米山炮部署高地，火力完全覆盖整条南下主干道。
1月16日阻击战打响首日，日军集中全部兵力猛攻112团左翼前沿阵地，步兵波浪冲锋叠加不间断炮火轰击，日军一度突破战壕纵深20米。112团1营营长亲率警卫排全员上刺刀发起白刃反冲锋，贴身肉搏夺回失守战壕，全营单日阵亡187人，整条防线寸土未失。
开战第2至第4昼夜，日军累计发动14次营、中队级大规模冲锋，攻势一波猛过一波。日军违规投放毒气弹袭击113团中段阵地，前沿2个步兵连伤亡过半，负伤官兵依旧钉死在战壕中，无一人擅自后撤。集团军总司令张自忠全程靠前，坐镇一线战壕指挥，否决所有后撤收缩防线的提议，与普通士兵一同承受日军炮火，全军依托三层山地工事持续消耗日军有生力量。
四昼夜血战落幕，南下增援日军伤亡2100余人，剩余残兵彻底丧失进攻能力，连夜溃退回信阳，再也不敢南下。北线阻击战我方总计伤亡3216人，桐柏山防线牢牢锁死北线援军通道，武汉日军彻底断绝北方所有支援。
长江南岸，江南清剿与长江封锁集群总指挥王瓒绪麾下第29集团军以两个军6个主力师，18个团共五万余人，配合吴奇伟江防总指挥部28艘各型炮艇，水陆并进清剿鄂南沿江日军据点，分三路依次收复三座重镇。
1月22日光复长江东部重镇黄冈，击溃日军第68师团独立步兵大队，切断武汉连通九江的沿江陆路；
1月24日光复工业重镇大冶，摧毁日军经营数年、依托矿山修建的大型水泥岸防碉堡群，全歼城内守敌，完整掌控鄂南矿产区域；
1月24日傍晚收复鄂南最后一处大型据点咸宁，城内日军残兵连夜渡江逃往武昌。
江防舰队全天巡航长江干流，击沉日军补给运输船11艘，彻底切断武汉日军水上补给线与水上撤退路线。至1月24日，武汉外围七座县城、北线援军通道、江南全部沿江据点、整条长江航道全部肃清，7万日军残兵彻底被困汉口、汉阳、武昌三座孤城。
外围屏障全数丢失，日军第34军司令官佐野忠义走投无路，决定动用囤积已久的化学武器，企图依靠毒气撕开国军包围圈缺口，等待虚无缥缈的援军。
1月26日凌晨2时，日军第6师团第4步兵大队遴选精锐突击小队，秘密渗透至汉口北郊第56集团军前沿缓冲地带，一次性投放120枚催泪毒气手雷、40枚糜烂性毒气弹。夜间北风裹挟淡黄绿色毒烟，大面积覆盖新编第18军228师683团前沿战壕，一线2个步兵连官兵瞬间出现重度中毒反应，皮肤灼烧溃烂、视物模糊、呼吸道剧痛、呼吸困难，前沿临时阵地被迫向后撤退800米。
日军抓住战机，出动2个完整步兵中队，借着毒烟掩护发动夜间逆袭，意图冲破西北包围圈。683团团长顾齐得知情况便立即在第一时间下达全套战前标准化处置指令，全团官兵迅速佩戴防毒面具固守二线机枪阵地，同时加急向长官部求援，呼叫中美联合航空队夜间执勤战机升空。
4架P-40战斗机连夜低空俯冲，机载机炮扫射释放毒气的日军突击小队，炸毁日军藏匿剩余毒气弹药的临时仓库，彻底断绝日军二次投放化学武器的条件。阵线稳固后，683团收拢未受严重损伤的连队发起全线夜袭，两个小时的时间全歼了反扑的两个日军中队，全部丢失前沿阵地尽数收复。
此战683团中毒负伤、阵亡合计417人，日军化学武器底牌彻底失效。日军底层士兵厌战情绪彻底爆发，每日翻越工事主动投降的零散日军超百人，日军整体防御力量持续快速衰减，收复武汉三镇的总攻时机已然成熟。