第13師團的行軍序列中，戰車聯隊的六十餘輛坦克走在最前面，排成三列橫隊向前推進，履帶碾過被炮火翻鬆的焦土，發出持續不斷的金屬摩擦聲。
跟在坦克後面的是德械化加強聯隊，日軍步兵端著步槍和自動武器散開成散兵線，保持著與坦克大約三十米的距離，既不會太近被坦克的火力誤傷，也不會太遠失去坦克的掩護。
最後面是主力步兵聯隊，他們負責在突破口打開之後進入縱深戰鬥，鞏固和擴大戰果。
在戰車聯隊的坦克越過前沿陣地的第一道戰壕時，國軍的防禦火力開始還擊。
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輕機槍和步槍的子彈打在坦克的裝甲板上，濺起一串串火星，但基本無法對加強版三號坦克造成實質性傷害。德械化聯隊的步兵跟在坦克後面，用自動武器和手榴彈清除戰壕里的國軍士兵，機槍掃射的彈道在晨霧中拉成一道道暗紅色的光帶，打在沙袋掩體上土屑紛飛。
國軍的士兵們在坦克衝過戰壕之前已經從防炮洞裡爬了出來，他們依託殘破的工事進行抵抗。
但他們的反坦克武器極少，大部分連隊只有幾具擲彈筒和少量手榴彈，面對三號坦克的正面突擊幾乎無能為力。
戰車聯隊的坦克越過第一道戰壕之後繼續向縱深推進，德械化聯隊的步兵緊隨其後，開始清除第二道戰壕的抵抗。
第二道戰壕的國軍士兵做了更頑強的抵抗，他們在戰壕前方埋設了反坦克地雷，還在戰壕邊緣堆放了集束手榴彈和炸藥包。
先頭的幾輛坦克在接近第二道戰壕時，有兩輛觸發了地雷，右側的履帶被炸斷，坦克只好停了下來，後面的坦克繞了過去，用炮火壓制戰壕里的機槍陣地。
德械化聯隊的步兵趁坦克炮火壓制的時候快速突進，衝到了戰壕邊緣，用自動火力向下掃射，手榴彈不斷扔進戰壕的拐角和機槍射擊孔里。
戰壕里的一部分國軍士兵被壓製得無法抬頭，只好在彈藥耗盡後開始後撤，沿著交通壕向第三道陣地轉移。第13師團的推進速度很快，第一天就撕開了國軍三道防線中的前兩道，向前推進了將近二十公里。
右路的進展十分順利，左路和中路同樣在按計劃推進。
左路的第3師團在五月一日上午從明港出發，沿著桐柏山北麓的丘陵地帶向西快速推進。
這一路的守軍是孫連仲的第二集團軍，他們的兵力相對薄弱，部隊主要分布在幾個隘口和公路沿線。
第3師團的進攻方式是典型的正面突破打法，先用炮火覆蓋前沿陣地，然後步兵在坦克的掩護下發起攻擊，逐點逐段地清除抵抗。第二集團軍的部隊在日軍的猛攻下節節後退，雖然組織了數次反擊，但每次都在日軍德械化聯隊的自動火力面前被擊退。
五月二日，第3師團突破了第二集團軍的第一道防線，占領了明港以西約三十公里的地域，前鋒已經逼近泌陽外圍。
中路的第39師團和池田支隊在五月一日上午從隨縣出發，沿著襄花公路向西推進。
這一路負責防守的部隊是國軍第八十四軍，兵力相對集中，陣地也相對堅固。第39師團的進攻在第84軍的陣地上遇到了較為頑強的抵抗，推進速度比預想的慢了一些。
五月二日，第39師團突破了第八十四軍的第一道防線，占領了高城以東的區域，但推進的代價也不小，一個步兵中隊在攻擊一處機槍陣地時損失了將近一半的兵力。
池田支隊在師團主力的右側展開，試圖從側翼迂迴第八十四軍的防線，但地形的限制使得迂迴的速度相當緩慢，直到五月二日夜間才到達預定位置。
五月三日清晨，園部和一郎在應山的指揮所里聽取了各部隊的進展報告。
右路第13師團已經突破了長壽店外圍陣地，距離預定位置還有不到四十公里。
左路第3師團已經占領了泌陽外圍，正在向泌陽城區推進。
中路第39師團雖然進展稍慢，但已經突破了第八十四軍的第一道防線，正在向第二道防線推進。
園部和一郎在地圖上標註了各部隊的位置，然後對參謀長說：「右路的進展比預想的快，中路的進展比預想的慢。讓第13師團繼續按原計劃推進，不要等中路。讓第39師團加快進攻節奏，不要讓支那第八十四軍有重新組織防禦的時間。」參謀長應了一聲，轉身去傳達命令。
五月三日中午，長壽店陣地被第13師團完全突破。
國軍的守軍在陣地上堅持了將近兩天一夜，付出了相當慘重的傷亡。
第13師團的戰車聯隊在突破陣地的過程中損失了四輛坦克，但步兵的傷亡不大，部隊的戰鬥力基本保存完好。
突破長壽店陣地之後，第13師團的前鋒已經越過了長壽店以北的丘陵地帶，前方是一片相對開闊的平原，距離棗陽已經不到一百公里。
五月三日下午，第3師團占領了泌陽縣城。
第二集團軍的部隊在縣城外圍進行了抵抗，但面對日軍坦克和德械化步兵的聯合衝擊，防線在數小時內就出現了多處缺口。
縣城陷落之後，第二集團軍的主力開始向桐柏山方向撤退，由於撤退太過倉促，他們在撤退沿途丟棄了大量的輜重和裝備。第3師團的師團長在當天晚上的作戰日誌里寫道：「支那軍的抵抗意志一般，武器裝備明顯落後。德械化聯隊在攻堅中的表現令人滿意，自動火力密度遠超支那軍陣地所能承受的極限。預計後天可抵達預定位置。」
五月三日晚間，李宗仁在指揮所里接到了長壽店陣地失守和泌陽陷落的消息。他站在地圖前面沉默了很久，參謀們圍在旁邊，沒有人敢先開口。最後李宗仁轉身對參謀長說：「日軍的推進速度比預想的快。