日軍在三溪河受阻后，與會作戰的計劃失敗了。116師團決心不再等待了，直接掉轉方向進逼武岡，只留下少量部隊監視新化，主力部隊向雪峰山南面進軍。
武岡為舊制州，城池頗大，且地形復雜，第74軍51師師長李天霞派169團第1營固守武岡縣城，部隊由副團長楊文彬指揮，李天霞給169團的命令是：“無命令不得擅自撤退。”51師直屬工兵營將武岡縣城的防御工事加強以后，便隨著51師主力撤至雪峰山區。51師并未在雪峰山上修筑工事，只是在山口派駐了警戒部隊，主力集結待命。
4月2日，日軍116師團先頭部隊向武岡西北進軍，當行進至武岡西北的茶山坳時，與51師168團遭遇，雙方都是在毫無準備之下，就展開了激烈的遭遇戰。51師師長李天霞很快就收到了168團送來的戰情通報，他根據戰情通報判斷，當面之敵是116師團的一個聯隊。
這時天色已近黃昏，不利于展開大規模作戰，于是李天霞命令168團以部分兵力與日軍保持接觸，阻敵前進。等明天天亮以后，在調集主力圍殲日軍。隨后，他又給169團下達命令，讓169團（欠1個營）火速趕往茶山坳。李天霞將師部設在了茶山坳附近，并命令副師長率領參謀人員火速建立指揮部，架設通訊線路，保證與各團的聯絡暢通。當晚，51師各團陸續到達指定位置。李天霞下令明日拂曉開始攻擊，并且嚴令各部務必在明日中午12點以前完成殲敵任務。
第二天拂曉，168團首先向日軍發起攻擊。這時日軍占領茶山坳高地，已經連夜修筑的堅固的防御工事。168團的受次攻擊雖然猛烈，但攻擊效果卻不太理想。緊接著美軍第5航空隊趕來助戰，用航空機炮和炸彈反復對鬼子的陣地掃射和轟炸，鬼子的損失很大，但他們的增援部隊卻總能及時的補充上來。168團團長打來電話向李天霞報告說：“日軍死守待援，肯定是另有企圖。如果不能盡快的將他們消滅，就要影響友軍的全面反攻了。”
李天霞立即要求美國空軍駐51師的聯絡官與第5航空隊取得聯系，讓第5航空隊掩護他的步兵向前推進，并派飛機封鎖日軍的后路，阻止日軍主力向茶山坳增援。隨后，李天霞命令師屬炮兵營對茶山坳實施火力急襲，配合168團的進攻。其他各團要做好準備，一旦168團突破日軍防線，就隨之而上，無比全殲116師團的這個聯隊。
168團根據李天霞的命令，調整了戰斗部署，隨后在師屬炮兵營的火力掩護下發起了沖鋒。但是，日軍占據著制高點，用兇猛的機槍火力始終壓制著168團的進攻部隊，給168團的進攻部隊造成了很大的傷亡。168團1連連長梁月波被打紅了眼，他親自手持著青天白日滿地紅的軍旗，帶頭向日軍占據的制高點發起了沖鋒。1連的官兵們在他的感召下，也冒著槍林彈雨、舍升忘死的沖了上去。美國空軍飛行員在空中看到這感人的一幕，就立即將情況上報到了中美聯軍指揮部，并滿懷敬佩的說道：“中國軍人是好樣的，那名舉著軍旗帶頭沖鋒的軍官，真是太勇敢了！”
國民黨軍各級將領都有一個毛病，不管事大事小，好事還是壞事，只要是從美國人的嘴巴里說出來的，那就是天大的事情。現在美軍飛行員所說的情況，中美聯軍指揮部很是重視，立即將電話打到了第20集團軍司令部查詢。王耀武聽說這件事情后，覺得這個帶隊沖鋒的軍官真是給自己長臉了，于是他就打電話給李天霞，讓李天霞務必找到這個連美國人都感到敬佩的戰斗英雄。
領受了任務的李天霞感到很為難，因為這樣的戰斗英雄各團都有，在混亂的戰場上，如何讓他找到這個人呢？副師長見李天霞如此的為難，就對他說道：“師座，我看隨便找個人向上面交差不就完了嗎？”李天霞不客氣的訓斥道：“胡鬧！這事是美國人發現的，隨便找個人向上面交差，要是被察出來了，你我都得受到嚴懲！”李天霞將電話打到了168團指揮部，命令他們務必找到美軍飛行員所說的那名軍官，并立即把人送到師部來。
經過168團的查找，身負重傷的梁月波被送到了51師師部，李天霞趕緊將情況上報給了王耀武。會戰之后，梁月波被轉送到了重慶陸軍醫院，在醫院的病床上，梁月波被美軍授予了羅斯福獎章，同時國民政府也授予了他寶鼎勛章。事后，51師的官兵們羨慕的議論道：“我們沖鋒打死打傷的都沒人問，這個梁月波倒是走運了，看來這美國佬說話就是管用啊。”
4月8日，美國空軍對茶山坳里的日軍陣地投擲了凝固汽油燃燒彈，將日軍的陣地變成了一片火海。等大火熄滅后，51師的官兵們一舉沖上了日軍的陣地。隨后，在打掃陣地時卻遇到了一些麻煩，那些日軍的尸體已經被燒成了焦尸，不斷的散發著人肉燒焦時的惡臭味。51師的收尸隊只好用毛巾賭住口鼻，然后用鐵鉤子鉤住日軍的尸體，將這些尸體丟進事先挖好的大坑里。
這次全殲日軍一個聯隊讓李天霞很是興奮，他覺得唯一美中不足的是沒有抓到活著的日軍俘虜。但副師長卻認為未必沒有活著的鬼子，他建議給武岡附近的鄉公所，讓他們組織民眾進山抓捕那些潰散的鬼子，凡抓到的鬼子潰兵通通送往武岡縣城，每抓獲一名日軍潰兵，51師將獎勵1萬元法幣。結果，少數潰散之后的日軍士兵在深山老林里不斷被抓獲，武岡附近的鄉公所組織的民兵和保安隊斬獲頗豐。他們先后抓到十幾個鬼子潰兵送到武岡縣城，其中一個日軍兵居然還穿著中國百姓的衣服，可見其在逃跑的時候是多么的狼狽。這些日軍俘虜都是低著頭慢走，一個個愁容滿面的，他們不知道中國人要如何處置他們。這些日軍戰俘是知道他們如何處置中國戰俘的，所以他們很害怕，怕中國軍人也拿他們來練習刺殺技術，或者是無情的虐殺他們。可是日軍俘虜們所擔心的事情并沒有發生，他們被統一的送往了后方的戰俘營，受到了人道注意待遇。
51師殲滅日軍116師團的一個聯隊以后，讓湘西會戰的最高指揮官何應欽感到很是高興。自從抗戰以來，何應欽所指揮過的戰斗就沒有打勝過，這次茶山坳大捷是他第一次嘗到勝利的甜頭，這使得他自信心高度的膨脹，覺得自己也是抗日名將了，所以他決定對日軍展開全面的反攻，為自己撈取一些戰功和政治資本。他與王耀武、湯恩伯、王敬久等人商量了一下，制定了一個全殲日軍的作戰計劃，并嚴令各部迅速按照計劃進軍，爭取在4月底結束湘西會戰。
何應欽與王耀武等人的計劃是，乘日軍攻勢受挫之機，將未參戰的第18軍調往雪峰山的正面戰場，利用雪峰山的有利地形居高臨下阻擊日軍，然后調動74軍、73軍、新6軍三個軍的兵力穿插包圍日軍的116師團和47師團，給日軍以毀滅性的打擊，一舉結束整個會戰。但這個方案卻遭到了擔任湘西會戰總指揮部總參謀長邱維達中將的反對，他對何應欽說道：”日軍以奪取芷江機場為目的，主力用在了雪峰山的正面，企圖通過猛烈的進攻而直搗芷江機場，其兩翼是掩護和助攻部隊，其兵力較為薄弱。我軍如從正面反攻，必與日軍進行正面交鋒，即便可以殲滅日軍，但勢必也會給我軍造成重大的傷亡。我建議從日軍薄弱的側翼展開反擊，先消滅日軍的掩護部隊，在來圍殲日軍的正面進攻部隊。”
何應欽與王耀武采納了邱維達的建議，決定以第18軍為主力由溆浦南下，向日軍右翼的新化、山門一線出擊，首先切斷日軍的退路，再迅速合圍日軍。再命73軍通過辰溪、花橋、懷化，前進到安江附近，然后向溆浦方向攻擊前進，與第18軍聯手先吃掉日軍右翼的掩護部隊。新6軍前出雪峰山與74軍聯手阻擊向新化和雪峰山方向攻來的日軍主力，等第18軍和73軍吃掉日軍右翼的掩護部隊后，再合圍日軍116師團和47師團。
作戰命令下達后，各軍開始迅速行動，一場高大的圍殲戰正在形成，這是中國軍隊在抗戰以來首次舉行如此浩大的圍殲戰，也是中國軍隊首次提出要一口氣圍殲日軍4個師團的戰略構想。