9、第三师固守芙蓉山
  116师团全军溃逃的同时，国军继续打击关根支队和重广支队。关根支队在武阳附近被全歼，其旅团长带领全部军官和少量士兵逃出，在5月20日与34师团会合。34师团分出自己一部分兵力帮助其重建了二个大队（不过有大半伤兵），并且接收了并没有参战的原属关根支队的217联队，初步恢复了一定的实力。根据上级命令，关根支队残部和34师团应该立即撤退。但是后退的路上有一个很大的障碍，就是初期没有攻陷的芙蓉山。芙蓉山地理位置非常重要，为保证116师团残部成功突围，上级命令关根支队排出自己建制完整的的217联队夺取芙蓉山。他们认为芙蓉山已经被孤立在后方一个月之久，补给断绝，战斗力应该大减。再加上不过一个团的兵力，217联队兵力是其数倍，打下芙蓉山还是有把握了。
  关根支队在第34师团的掩护下，22日经桃花坪向西南撤退，6月1日夜渡过资水在九公桥附近集结。
  在20日得到溃逃来的116师团120联队和133联队残部2000多人的支援。
  21日拂晓217联队出动1000余人开始进攻芙蓉山的狮子山高地，在重炮的掩护下日军一个大队首先渡江，防守狮子山的126军第三师一个连凭借优势地形反击，中国空军10架飞机也向江中日军扫射。日军白天强攻一天，居然没有一人渡过江，一个大队伤亡惨重。
  到了夜晚，日军趁着夜色以全部主力进攻，终于渡过江，并且开始攻击狮子山阵地。此时国军狮子山工事几乎被日军炮火全部摧毁，守军抵抗几小时以后退守芙蓉山主阵地。
  22日凌晨，日军连夜将炮兵部队移到狮子山，其中除了12门迫击炮以外还有4门步兵炮和4门山炮。火炮刚刚准备完以后，日军随即猛烈轰击，很快发射炮弹2000余发，将芙蓉山工事摧毁过半，并且在雷区开辟出一条道路。日军以一个大队兵力冲击芙蓉山碉堡，守军奋力抵抗。双方展开白刃战，反复冲杀10次，126军的铁十字镐和铁锹再次发挥神威，进攻的日军最终没有成功。
  22日，夜晚，日军集中217联队余下1000人，从三面攻击芙蓉山阵地，此时第三师第一团守军仅有二个连200人，他们凭借阵前的30米宽的雷区和2道铁丝网抵抗，日军以人海战术冲锋。126军弹药不足，只得在日军靠近时候投掷手榴弹，之后以单兵白刃战克敌，日军连续冲锋6次全部失败。到了夜晚，负责指挥的一连韩连长被一发炮弹击中阵亡，士兵伤亡了过半，余下只有100人。
  日军趁夜攻陷了芙蓉山大半阵地，似乎胜利在望了。
  此时（第二天8时），追击日军的126军第三师第三团轻装赶回芙蓉石阵地，向日军发动进攻。一举攻陷日军在芙蓉山占据的三个高地，日军第一大队被击溃以后，不顾同胞死活自己向后方溃退。日军第二大队残部300余人被国军包围，双方激战二小时，日军死亡83人，其余从小路溃逃。第三师第三团紧追不舍。此时第二大队已经到了辰水边上，准备渡河逃往，第三团随即追到。河边的第二大队士兵只得跳水逃生，被淹死和在水中击毙的就有百人，只有数十人逃走。
  不过116师团已经连夜走山路逃走，第三师还是慢了一步。
  至此，历时3昼夜的芙蓉山战役以日军的败退宣告结束，仅日方公布217联队当场战死军官17名，士兵300余人；而重建的115大队几乎再次被歼，101联队残部也有大量死亡。126军夺获轻机枪1挺、迫击炮座板2个、步枪7支及其他战利品多件。战后，重庆报纸赞誉固守芙蓉山的126军第三师第一团，可与上海四行仓库的“八百壮士”齐名，分列抗战一前一后，相得益彰，弥足称颂。为表彰其功，战后颁发第一团团长孙廷简二等勋章一枚。