此时的日军第 18 师团师团长牛岛贞雄中将，已经陷入了疯狂。接连损失三名高级将领，让他颜面尽失，也让他受到了上级的最后通牒，如果再不能攻占宣城，他将被解除职务。
牛岛贞雄决定孤注一掷，将师团所有的兵力和装备全部投入战斗，发起最后的总攻。
拂晓，日军第 18 师团师团长牛岛贞雄中将发起了最后的总攻。他将师团所有的兵力分为三个梯队，轮流对 67 军的阵地发起进攻。
日军的火炮和飞机也全部投入战斗，对 67 军的阵地进行了不间断的轰炸和炮击。
在城东阵地，日军第一梯队在坦克的掩护下，向 118 师的阵地发起冲锋。118 师将士凭借残存的工事，顽强抵抗。
沅式 20 机关炮对日军坦克进行射击，37mm 战防炮也不断发射穿甲弹，击毁了数辆日军坦克；日军的坦克难以进入到阵地内部。
在城南阵地，山田支队的进攻同样十分猛烈。119 师师长陈子弦率领部队与日军展开殊死搏斗。
在一处阵地，119 师一个连的士兵几乎全部牺牲，只剩下连长一人。连长手持冲锋枪，在战壕里与日军展开周旋，他凭借有利地形，先后击毙了 10 余名日军士兵，最终因弹尽粮绝，被日军包围。在生命的最后时刻，他拉响了最后一颗手榴弹，与日军同归于尽。
随后几日，67 军将士在伤亡不断增加的情况下，始终坚守着阵地。这几天的战斗，是宣城保卫战中最为惨烈的阶段。
67 军的不少部队已经伤亡过半，有的连队甚至只剩下几十人，但他们依旧没有放弃，继续与日军战斗。
在 118 师的一处阵地，一名团长曾向阳在战斗中被日军子弹击中了腹部，鲜血直流。
他捂着伤口，继续指挥部队战斗，他对身边的士兵说：“兄弟们，我们一定要坚持下去，为了国家，为了民族，我们绝不能后退！”
士兵们看到团长受伤仍在指挥战斗，深受鼓舞，纷纷拿起武器，向日军发起反击。最终，曾向阳团长因失血过多，壮烈牺牲。
在 119 师的阵地，狙击手何立川在一次狙击行动中，被日军发现。日军集中火力对他的潜伏位置进行射击，何立川不幸被日军子弹击中，身负重伤。
战友们将他抬下阵地救治时，他仍念念不忘战斗，对战友说：“一定要守住阵地，不要让小鬼子得逞。” 由于伤势过重，何立川最终还是牺牲了，他用自己的生命，践行了一名狙击手的使命。
截止到战斗快结束，67 军累计伤亡已达 1.5 万余人，其中牺牲 8000 余人，受伤 7000 余人。日军的伤亡也突破了 1.5 万人。
隆廷锡军长知道，继续坚守下去，部队将面临全军覆没的危险；在和周青云请示后，他决定实施撤退计划。
周青云首先与安庆机场取得联系，要求空军在撤退时提供空中掩护。同时，他命令部队在阵地周围布置大量地雷，以延缓日军的追击速度。
各部队接到命令后，开始秘密准备撤退。士兵们在夜色的掩护下，悄悄在阵地周围埋设地雷，同时将重伤员抬上担架，做好撤退的准备。
随后几日，67 军一边组织部队继续坚守阵地，一边加快撤退准备工作。日军虽然仍在发起进攻，但由于伤亡惨重，进攻势头已经大不如前。
67 军将士利用这个机会，不断调整部署，为撤退创造条件。
清晨，隆廷锡军长下达了撤退命令。67 军剩余的 1.1 万余名将士，在安庆机场中国战机的空中掩护下，开始有序撤退。
中国战机对日军的阵地和追击部队进行了轰炸和扫射，有效延缓了日军的追击速度。同时，67 军提前布置的地雷也发挥了作用，日军在追击过程中，触雷伤亡惨重，不得不放慢追击速度。
67 军剩余人员顺利撤往湾沚。在湾沚，67 军短暂停留，补充了部分弹药和物资后，继续向铜陵方向撤退。
日军在后续的追击过程中，由于受到中国战机的不断袭扰和地雷的阻碍，始终未能追上 67 军的主力部队。最终，67 军成功撤往铜陵，进行休整。
宣城保卫战从 12 月 6 日开始，到 12 月 24 日结束，历时 19 天。
67 军 3 万将士以伤亡近 1.9 万人的惨重代价，歼灭日军近 2 万人，成功坚守宣城 19 天，为南京保卫战争取了宝贵的时间，也打破了日军快速封锁中国军队南翼后路的企图。
在这场战斗中，67 军将士展现出了顽强的战斗意志和崇高的爱国主义精神，他们用自己的生命和鲜血，谱写了一曲悲壮的抗日战歌。
日军第 18 师团虽然最终攻占了宣城，但也付出了惨重的代价，部队战斗力受到了严重削弱，不得不进行长时间的休整，这在一定程度上延缓了日军对南京的进攻速度，为中国军队在南京及周边地区的部署和撤退争取了更多的时间。
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