1941年12月太平洋战争爆发后，武汉周围日军调动频繁，各据点兵力减弱。第5师决定乘机进一步作战略展开，开拓新局面。为造成战略包围武汉的态势，第5师确定首先开辟(汉)川汉(阳)沔(阳)地区。该区位于长江、汉水交汇处的三角地带，物产丰富，商业发达，交通便利，是武汉的西部屏障。驻在这一地区的日军不多，主要依靠伪军守备。伪定国军【定国军，系武汉战役后日军收编溃散的国民党军组成的伪军。始称和平救国军，1940年称皇卫军，后称定国军。】刘国钧部所属的两个师盘踞沔阳沙湖一带。伪第1师汪步青部所辖的3个团5000余人，盘踞于汉阳的侏儒山、桐山头、永安堡等地，并设有兵工厂。伪第2师李太平部，盘踞在沙湖、彭家场一带。

　　根据川汉沔地处武汉近郊，日伪据点稠密，易于相互增援的情况，第5师采取“战略上以少胜多，战术上以多胜少”的原则，首先集中力量以打击汪步青部为目标，发起侏儒山战役。12月7日，第15旅第44团第3营和天汉支队两个连，从汉阳的肖家集、索河出发，分两路向侏儒山、南河渡奔袭。经过对伪军的争取，顺利通过3道岗哨，直扑东至山伪军第3团团部，一枪未发即将该团团部100余官兵俘获，仅伪团长一人逃走。奇袭成功，新四军迅速撤出战斗，安全返回，部队无一伤亡。被俘伪军经教育后释放，进一步扩大了新四军的政治影响。自此，伪军汪步青部军心动摇，不时有小股部队反正来归。

　　12月23日，第5师决定对侏儒山发动第2次进击。第15旅第43、第44团全部及天汉支队1个大队，由天汉湖区出发，突袭裴家山和将军岭，全歼伪军机炮营和1个排，并击退了来援的日军。第15旅副旅长兼第43团团长朱立文在这次作战中英勇牺牲。

　　1942年1月7日，第5师乘伪军动摇之机，又以第43、第44团及天汉支队全部，发动第3次进攻。第44团一举攻占何家帮，第43团攻占了伪第1师司令部所在地周家帮。伪军溃不成军，向王家场、彭家场一线败退。1月10日，伪定国军军长刘国钧率伪教导团和伪第2师一部共1000余人，配合驻沙湖日军一部，分3路向西流河以南蜈蚣岭第43团阵地进犯。第43团利用河堤组织防御，重创来犯之敌。两翼伪军纷纷后撤，唯中路日军继续顽抗。第43团第1营奋勇出击与日军肉搏，将其全部歼灭。此战，共毙伤日军20余人，俘伪军官兵400余人。

　　1月中旬，汪步青收集余部企图窜回侏儒山。第5师集中第15旅和天汉支队，先敌向汪伪发起攻击。汪伪闻风逃散，缴获其步机枪2000余支。为了彻底打跨在川汉沔地区的伪军，第5师又令第13旅一部赶来参战。1月28日，第13旅第37团两个营、第38团全部与第15旅第43、第44团配合，分两路向盘踞沔阳王家场、余家场、何家场之汪伪残部发起总攻。汪伪一触即溃，被歼1500余人。汪步青率数十人逃窜。

　　2月2日，第13旅第37、第38团各一部，宿营于沔阳彭家场东北之安家台一带。当日下午，仙桃镇日伪军一股来犯，并占领离安家台仅数里的胡家台。晚上，第13旅以第37团第5连和第38团第9连从正面发起攻击，以第38团第1连和重机枪连迂回至胡家台侧面进行堵击。当时日伪军占据一大祠堂及附近民房。第38团第9连迅猛突进祠堂与敌展开肉搏，日伪军拼命反击。与此同时，第37团第5连强攻民房中的日伪军，将日军全部击毙，伪军逃散。接着，第5连和第9连协力猛攻祠堂内之敌。战士们爬上屋顶向祠堂内射击、投弹，用草柴点燃引爆祠堂内弹药，困守的日军大部毙命。3日上午，沙湖日军来援，被第44团拦截击退。4日拂晓，汉川日军100余人，在3架飞机掩护下，前来解救被围残敌。第13旅乃奉命撤出战斗。此战，共歼日伪军近200名。

　　侏儒山战役，自1941年12月7日开始，至1942年2月4日结束，大小战斗10余次，歼灭了伪定国军第1师，重创了伪第2师，击退日军的数次增援，共毙伤日军200余人，伪军1000余人，俘伪军950余人，控制了汉阳、沔阳、汉川间大片地区，震动了武汉。川汉沔根据地的初步开辟，为第5师尔后向襄西、襄南发展创造了前进阵地。此次作战缴获的兵工厂设备，对第5师的兵工建设起了重要作用。