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30日上午，日军在空军及舰炮的火力掩护下，展开全线进攻，在香山的炮兵阵地炮声不断。小小的马当要塞吸引了全国的目光，连驻武汉的各国使领馆的武官，也纷纷向军事委员会申请，要求亲临前线观察。
老蒋再次下了血本，他命令，一个由南京突围老兵组成的独立团，立即进入马当要塞，归要塞司令部直接指挥。还团配备了徳式头盔和防毒面具，轻武器全是苏械，还加强了两门山炮和两门37战防炮，要塞内的防卫力量顿时得到了加强。
7月1日，日军为主攻马当要塞的波田支队，再次补充了四千名新兵，海军则补充了2000名海军陆战队。并再次为马当前线加强了一个150毫米重榴弹炮联队和一个105毫米远程野战加农炮联队。
日军第十一军军长冈村宁次急电106师团，要求他们立即驰援马当方向。
7月2日起，日军以陆海空军协同作战，全线释放毒气。马当要塞的炮兵在还击时，意外发现了三百余发日式毒气弹，这是赵诚上回带来的礼物。当兵的打急了眼，直接都用上了，结果正在集结，准备发动进攻的日军步兵吃了大亏。
中国军队化学战水平较低，日军用化学武器一直顺风顺水，每次都是必杀技。所以当毒气弹落下的时候，气味被正常炮弹爆炸的硝烟味所干扰，等日军指挥官发现是芥子气的时候，已经有超过三个中队的官兵都已经中毒了。日军大惊失色，他们以为中国军队也有了化学战能力，而且敢于使用。这个消息，被迅速上报给了日军第十一军司令官冈村宁次。冈村紧急下令各部队暂停使用毒气弹，并封锁士兵大量中毒的消息，这种用毒气弹对攻的局面日军也承受不起。最关键的一点是，冈村知道中国人手里还有什么底牌，一上来就是用芥子气，下一步会用什么？是苏联人提供的，还是米英鬼畜提供的……
前线的中国士兵损失惨重，有些阵地已经全员阵亡，好在新上来的独立旅是有德式防毒面具的，好赵诚他们也先后移交了400多具日式防毒面具，国军总算守住了马当要塞内的阵地。
7月3日，暴雨从凌晨一直下到了夜里。日军没有进攻，国军则在拼命加固阵地。赵诚的守备队因为伤亡过半，乘坐汽艇离开了马当要塞，他们还带走了一部分伤员。
7月4日，日军101师团在香口镇登陆，日军调集近百艘各种汽艇和机动船到达香口镇。同日，安庆机场被日军抢修完毕，大批日军战斗机进驻安庆机场和芜湖立机场。中国军队的麻烦来了。
7月5日，天一亮日军飞机就飞抵要塞上空开始轰炸，日军集中所有军舰及远程火炮猛攻长山阵地。仅一个上午，守军的兵力就下降了一半。167师不断向要塞派出营连级部队进行增援，但在日军的炮火阻拦下，抵达阵地的士兵往往只有一半。下午一时，日军用小型汽艇装载炸药，试图在封锁区为大型舰只打开通道，被守军用火炮所击毁。下午四时，日军使用加装钢板的小型汽艇、登陆艇六十余艘，在火炮掩护下，装载步兵一个大队在长山阵地前抢滩登陆。日军利用汽艇上的重机枪，为攻击部队提供掩护。两个小时以后，日军占领长山阵地，守军除小部突围外，全员殉国。
5日20时至6日凌晨5时，16军60师残部及167师余部，对长山阵地之敌发动营团规模反突击7次，两部仅余2000余人。
7月6日，日军对要塞剩余阵地发动总攻，下午一时，各阵地均发生白刃战。至下午四时，守军炮弹耗尽。战至晚八时，守军在各阵地埋设炸药后悄悄突围。
7月7日上午，马当要塞失守。日军情报人员立即检查守军炮兵阵地，发现了大量日造毒气炮弹的包装箱。他们将这一发现迅速报告冈村宁次，并查明了炮弹的来源。，在估算了中国军队毒气炮弹的存量后，冈村下令各部队恢复特种炮弹的使用。
