内，日军开始猛攻城墙。
二十七军被围，震动了蒋介石，蒋介石严令白崇禧必须为二十七军解围，白崇禧调动一零一军和七十一军，又命令胡宗南抽调第一师，另外又把二百师先头部队的六十辆坦克加入，这几支部队组成解围兵团，由蓝运东指挥，在新蔡以北展开反攻。
为了保证解围成功，蒋介石又抽调空军部队配合。两个多月的空中作战空军的损失很大，幸亏四川飞机制造厂生产出了飞机，虽然每个月产量只有十几架，但总算有点补充，钱大钧从指令高志航率领驱逐机两个大队和轰炸机一个大队负责支援新蔡战斗。
从天空到地面，新蔡都在燃烧。天上空军绞杀在一起，地面上堑壕纵横，士兵反复拼杀，白刃格斗，遍及战场各处。二十七军的血战为自己赢得生存的机会。蓝运东以六十辆坦克为箭头在北方展开反击，撕开日军防线，一路冲杀到十里铺，范汉杰倾其全力发动突围，重开一条血路，全军安全撤出新蔡。
新蔡一战给华北派遣军敲响了警钟，部队持续作战。伤亡巨大，后勤保障也跟不上，中国军队在撤退时炸断了所有桥梁，破坏了几乎所有道路，陇海铁路和平汉铁路的铁轨被全部烧毁，部队极端疲劳。新蔡战后，华北方面军司令部下令北线