位于绍兴的河野毅混成旅团，于5月15日傍晚向西南对88军的新编第21师发起攻击，经枫桥于17日傍晚到达了诸暨以东附近。
位于萧山的酒井直次第15师团，于5月15日的夜间沿铁道向南对88军的部队发起攻击，在渡浦阳江时，遭到强烈的抵抗，伤亡较大，于17日到达了诸暨的西北方附近，与河野旅团形成对诸譬的钳形进攻态势。
位于富阳西北地区的武内俊二郎第116师团，及原田次郎的混成旅团，于5月16日晨向28军的192师发起进攻，17日傍晚前进至新登，这个师团是进攻部队中行动最慢的。
位于富阳地区的井出铁藏第32师团，于5月17日14点出发，沿着第116师团的尾后前进。
从5月15日开始，日军在东起奉化、西至富阳约150公里的正面发起了进攻，以多路分进合击的战术，攻向衢州。
与此同时，其空军直接支援战场进行攻击、轰炸，掩护其地面部队向前进攻，并侦察第3战区的部队调动和撤退情况。
在战斗紧张的5月18日，日军参谋次长田边中将从国内飞抵杭州，了解战况，并指示泽田的第13军：本作战结束后，须确保金华以东的占领地区，而本作战最希望获得的物资是萤石和铁道器材。
这一天，第13军指挥所由杭州前移至当日被其占领的诸暨，泽田茂因需在杭州陪同田边中将并向其汇报，故未随同机关前进。
在途中，其专用的汽船溯钱塘江由闻堰左转进入到浦阳江的义桥一带时，被第3战区布放的水雷炸沉，炸死军官及警卫兵11人，另有不少负伤，泽田茂因留在杭州才得以幸免。
5月19日，中国派遣军司令官畑俊六，于午后飞抵杭州，了解战况和视察战场。
先在机场听取了第1飞行团长今西六郎关于对战场进行空中侦察和攻击轰炸情况的汇报，接着至13军司令部，听取了13军司令官泽田茂、参谋长唐川安夫关于各路部队作战进展情况的报告后，畑俊六特别提出两点。
一是必须注意军纪，不能再出大事。
二是在作战中要加强“宣抚”工作，努力造成和平气氛，以争取归顺者。
唐川安夫报告了中国部队有很大一部分由义乌、东阳南撤，越出了第70师团和22师团的迂回包围圈的情况。
对此，畑俊六认为：此次作战，已失去了围歼对方大兵团的机会。
5月20日上午，畑俊六和泽田茂同乘运输机，飞至桐庐、义乌、东阳等地上空，视察了战场，下午返回南京。
同一天，小薗江邦雄的混成旅团由山西的大同到达了杭州，并开向诸暨。
沿富春江进攻的敌116师团在渡过新安江向兰溪、金华接近。从东南迂回过来的敌22师团，占领武义至金华的公路，与116师团形成对金华、兰溪的迂回态势。
防守金华的为王敬久第10集团军的79师，防守兰溪的为63师。这些部队除在山地、丘陵构筑了防御工事之外，还在其前沿及外围一带，设置了多处布雷区。
进攻金华的第70师团，是由独立混成第20旅团刚刚改编，金华位于东阳江的北岸，是三岔铁路的交岔点，敌70师团由江北向该城接近时，遭到守军第79师的有力反击，以后又进入了布雷区，连续发生伤亡。
从5月25日傍晚开始，79师在城内、城外与第61旅团激战了3天3夜，给日军以很大的杀伤。