五月二十八日黎明，石牌大血战正式打响。
日本海军企图从水路轰开石牌要塞的大门，拂晓时分，十艘日军军舰和炮艇借着蒙蒙夜色掩护，驰离宜昌码头，向上游偷偷驰来，刚过三游洞，便被我守卫在西陵峡口的部队发现。
顿时，大峡中枪炮轰鸣，打得来惊天动地。
日舰艇沿途鸣枪放炮，一路上驰，不顾死活地冲过了西陵峡口。
此段江面，几乎与石牌要塞成一直线。方荣总台长按照战前测算好的射击诸元，一声令下，巨炮轰鸣，震得大三峡地动山摇，浪卷波涌，两艘日舰当即起火。
两岸中国军队官兵，也不管不顾，从阵地工事中踊跃而出，枪炮齐鸣，一齐向敌舰打去。
有的军舰离岸太近，我军战士居高临下，甚至将手榴弹直接扔到甲板上、炮台上爆炸，打得日军水兵鬼哭狼嚎。
日军舰炮向着两岸守军阵地乱轰，不少战士被高高抛起，坠入江中。
对战的结果是，一艘日舰被击沉江中，另一艘日舰被打得半沉不沉，率先掉头向下游逃去。其余舰艇也都伤痕累累，跟着掉头遁去。
从那以后，日本军舰再不敢来石牌作非分之想。
九时左右，日军第三十九师团两个联队越过三百峰，紧跟着向石牌后撤的尹宗岳三十一团紧追而来，一路突破平善坝，一路越过沈家嘴，一直杀到了石牌要塞前沿阵地。
中午时分，日军阵地后面平善坝一带突然升起一只艇形氢气球，观察石牌要塞阵地，为其炮兵指示目标。过了没一会儿，敌炮数十门循其气球指示，对石牌要塞连续射击了将近一个小时，其炮弹落在要塞前沿阵地上时，自右而左，复自左而右，巡回不停。
敌炮停射时，随即派大队步兵，用密集的队形，向我军阵地蜂拥而来。
日军以为我军守兵即使未死殆尽，也已被吓跑，岂知当他们接近我军阵地四百公尺内外时，即遭到我军散兵坑中和各掩体内轻重机枪的突然交织射击，敌死伤累累，逃脱者为数寥寥。
这一仗获胜的主要原因是，自胡琏接受防守石牌的任务后，率十一师官兵早已经把要塞建成了坚固堡垒，高高低低的山头上遍布工事与各种纵横交错的掩体。由钢筋水泥筑成主堡，每一主堡有地道与各处工事相通。机枪阵地外，储有粮草弹药。阵地与阵地间有盖沟、交通沟，均有射击设备。前沿遍布地雷、铁丝网、拒马、鹿寨等物。
此外，敌军打过来的炮弹多数被我军的伪装工事所吸引，而散兵坑中的官兵，都按胡琏师长的命令在坑底挖一斜洞，称之为“蛤蟆洞”藏身，当敌炮击时，则伏处其中，敌炮停射后，则起而射击。
两个小时后，密集的大队步兵又猛冲过来，复遭到我阵地内各种火器交织射击，将其打退，如此战斗，持续一日之久。敌人一日所耗炮弹，将近万发。而我方布置在最前面的十八师刘格民一团兵力，最后整编时，也仅剩一营人马了。
日军还有对付中国军队最有效的杀手锏，二十八日黄昏，成群的敌机呼啸而至，将一排排炸弹倾泻在要塞之上。一批方罢，一批又至，在长达两个小时的时间里，将石牌要塞笼罩在一团浓烟烈火之中，到处土石横飞，死尸飞掷。
在方荣总台长的指挥下，要塞上的各个炮台上的大小火炮也全都开了火，阵地上空浓烟滚滚，炸弹爆炸声，大炮轰击声震耳欲聋，飞机俯冲时发出的尖啸声刺激得人简直快要发疯。
第十一师三十一团、三十二团、三十三团阵地也分别与紧追而来的日军展开了激烈的厮杀。
后来在淮海战役中成为解放军俘虏的三十一团团长尹宗岳将军，晚年在《一九四三年参加石牌作战经过》一文中回忆说：
军辖之第十一师，负要塞之守备，第十八师掩护侧翼阵地。战斗于五月二十八日拂晓展开，首二日，日军第三十九师团数千人，在大炮及飞机交相掩护下，向要塞前国军阵地猛烈进犯。国军凭险应战，双方厮杀惨烈，日军屡攻不逞，死伤遍野。国军也有两个连伤亡殆尽，且有营长、连长、排长数人壮烈牺牲。（2）
二十九日，石牌大血战全面开始，日军攻势更为凶猛，地面炮火与空中轰炸，轮番交替进行，战况空前惨烈。
前一天才从三百峰退到石牌要塞的三十一团同样压力不轻，尹宗岳用电话向胡琏报告危急情况，胡琏命令：“对敌强行逆袭，将狗日的揍回去！”
尹团长当即命令吹冲锋号。
在激动人心的军号声的激励下，官兵纷纷跃出掩体，呐喊着向敌人猛冲猛杀。
这一个反冲锋，倒将日军吓得不轻，一时间猝不及防，手忙脚乱，相持一阵，便退了下去。
这一股敌人并未死战便退下去，与日军的风格大不相同，原来，这其间有阴谋。
尹宗岳回忆说：
敌人被击退后，马上又用山炮向我团阵地轰击，但爆炸声明显不似稍前响亮。下午四时左右，团部的炊事兵送晚饭（3）来时，阵地上死人太多，红头绿翅的苍蝇也就多得不得了，白米饭一盛到碗里就爬满了苍蝇，变成了黑米饭，拿筷子一赶，嗡的一声全飞跑了，黑米饭又变成了白米饭，那就赶快大口大口地刨上两口，要不，眨只眼睛又变黑米饭了。
这时，我见不少官兵作呕不止，怀疑炊事兵误用桐油炒菜，正拟派副官聂某前去查询，忽见卫士跑进来说：“报告团长，毒瓦斯！毒瓦斯！”
此时大家又流眼泪，我也呕吐流泪了，我这才确信是敌人施放毒瓦斯所致。我命卫士将我的防毒面具取来，然已来不及了，我在呕吐流泪之后，鼻孔及胃腔内，觉得热辣辣的，痛如火烧。从而断定敌人所施放毒瓦斯，系窒息性和催泪性两种。
时近黄昏，敌炮已停止射击，我忆及毒瓦斯比空气重，当即令众人迅速离开低凹的指挥所，登上高处，用浸湿的毛巾涂以肥皂蒙面，暂作抵御。并用电话通知三十二团张滌瑕、三十三团刘声鹤两团用我发明的这个土办法来对付日本人的毒气弹。
次日天明后，敌人的炮击较稀，步兵也不见冲过来。是日东风微吹，敌人在东，我阵地在西，相隔不过三四十米，敌人又企图再借风力，用唧筒将毒瓦斯向我方喷射过来。这一招很厉害，毒气果然弥漫我军阵地，晕倒的官兵很多，经过迅速抬离阵地后，始苏醒过来，便又重上火线战斗。（4）
战至三十日，三十三团第二营在坚守要塞南侧要隘时，营长游国桢被飞机炸成重伤，但一批一批的敌人蜂拥而来，眼看隘口将失。游营长咬紧牙关，不下火线，裹创力战，与日军在阵地前沿短兵相接，厮杀纠缠成一团，双方在嘶吼声中不断中刀倒下，阵地数番失而复得，两军尸体混杂于阵前。等到援兵赶来时，游国桢营长已经血洒大峡，为国捐躯了。