吴绍周决定派23师主力占领杀虎口及其以南高地，暂55师占领杀虎口以西以北高地，阻击敌人。
日军一方，总指挥是坐镇新州的第12军司令官鹰森孝大将。主力是木村经宏中将指挥的110师团，杉浦中将指挥的115师团。日方大的战略构想是，以12担任主攻，以驻守湖北当阳的34军之39师团、驻山西的第1军一部为策应助攻。
“１５０多天的惨烈战役使日军指挥官忘记了时间”。
赵怀中查阅的《日本国陆军战史》一书对杀虎口战役有这样的描述：“惨烈的杀虎口战役使参战指挥官都忘却了时间……是*使日军撤退时不能处理好死者尸体，使其暴尸异国山野的惟一的战役。”
赵怀中说，冈村曾要求日军务必最快占领杀虎口。可是在战斗中，两军咫尺相对，寸步不让，展开连日的争夺攻战，中、美空军也频繁出动飞机，对日军进行轰炸扫射。直至８月中旬日军投降，峡谷之中激烈的枪炮声才停息下来。
在与杀虎口战役相关人士的接触中，赵怀中了解到，8月15日日本天皇已宣布投降，但杀虎口地区的日军因未接到停止战斗的命令。因此从８月１６日起，中日双方每晚１０点开始对射３０分钟，直到１９４５年８月１９日，日军才接到停止军事战斗的命令。
西山县王家川村99岁的老人王大勇回忆，除了陆战部队外，中国军队还出动了大批空军，经常可以看到作战飞机飞过。而他亲眼看到的飞机轰炸，则发生在杀虎口南面的铁佛寺，飞机在上空投下炸弹，铁佛寺瞬间成了火海。
据赵怀中后来调查，在杀虎口战役中参战的部队与机种，有中国空军第十一大队的P-40战斗机，中美混合团第三大队的P-40、P-47、P-51战斗机和第一大队的B-25轻型战斗机。
这些战斗机多数是从西安出发，也有是从汉中、安康机场起飞的。航空委员会副主任委员王叔铭亲自坐镇汉中指挥。
第一战区司令长官部特派王化兴前往西安机场，设立了一个协调陆空联合作战的办公处，每天将前线陆军的动态标示在军用地图上，并通知空军。另外，还在西安空军机场设立了无线电台，可以侦听在前线作战的各个飞机间的无线电通话内容，防止误炸自己人。
有一次西安机场的无线电台侦听到空军飞行员正准备轰炸一支行进