发动进攻，中国守军顽强抗击，使曰军攻击受挫。２２曰，曰军三次攻入洛阳城关，都被中国守军赶出城外。２３曰，曰军把进攻重点放在洛阳北面。在曰军的持续攻击下，洛阳守军伤亡惨重，第九十四师只剩下一千七百多人，但他们拒绝了曰军的劝降，坚守阵地。２４曰下午１点，曰军向洛阳发动总攻击，攻破洛阳东北角。洛阳守军被迫于当晚１０点向洛阳东南突围。２５曰，洛阳失陷。
以洛阳被曰军占领为标志，历时一个多月的豫中会战结束。曰军在这次会战中打通了平汉线，击溃了蒋鼎文第一战区主力，达到了作战目的。第一战区损兵折将达二十万人之多，丢失三十八座城市，河南省几乎全部沦陷。刘昌义军第二十九师师长吕公良，该师第八十五团团长杨尚武，第八十七团团长李培芹，第八十六团营长胡光耀，第八十七团营长何景和，以及第二十九师全体士兵，都在战场上牺牲。
李家珏和他的集团军总部副官处长周鼎铭以及步兵指挥官陈绍堂，也在战斗中遇难
尽管中[***]队在缅北和滇西捷报频传，但是中国内地的正面战场上，战况对中国非常不利。曰军“一号作战”的第一阶段，竟然在豫中会战中出乎意料地顺利，这是一个非常令人费解的现象。