国民党顽军在进攻新四军遭失败后，第3战区司令长官顾祝同密令第23集团军副总司令兼苏浙皖挺进军总司令陶广所部，乘新四军立足未稳，在孝丰城附近将新四军围歼。并叮嘱：“部队行动严守秘密，勿使盟军发觉，以重国际听闻”。【《粟裕战争回忆录》第327页。】1945年3月1日，国民党军调集12个团的兵力，以第28军军长陶柳为前线总指挥，在忠义救国军的协同下，兵分4路从西、南、东三面向孝丰城分进合击，妄图重占孝丰城，驱逐新四军出天目山以北地区。其左路为忠义救国军5个团，自刘村、小白店、杭垓一带向孝丰城西北前进；左中路为第192师和第52师各1个团，自章村、汤口一线，由西南向孝丰城以西攻击前进；右中路为第62师3个团余部，自报福坛、统里一线从正南向孝丰城进攻；右路为挺进第1纵队、浙江保安第4纵队各1个团，自山坞、白水湾一带向孝丰城东南进行包围。

　　苏浙军区领导冷静地分析敌情，筹划对策。认为顽军兵分4路，气势虽凶，但其建制混杂，内部矛盾重重，只要利用山区有利地形，用部分兵力阻击钳制其他各路，集中兵力打其一路，歼灭其骨干力量后，其他各路也就好对付了。于是决定集中第1、第3纵队和独立第2团共7个团的兵力应战，以各个击破对付顽军分进合击，首先求歼其进攻主力西面的第52师第156团和忠义救国军，然后视情况逐次歼灭其他来犯之敌。具体部署是：以第3支队一部及独立第2团在孝丰周围担任正面守备；以第8支队布防于孝丰西北牛山、八卦山一带阻击忠义救国军；以第1、第3纵队主力分别控制于孝丰城及其西北芦村地区，待机由孝丰城西南和西北向西实施包围，南北对进，合击进至孝丰城西侧之顽军。

　　1945年3月3日，忠义救国军及第52师第156团，向孝丰城西北之牛山、八卦山第8支队阵地发起进攻，其余顽军亦向孝丰城步步进逼。4日至6日，顽军先后占领孝丰城东南至西南外围的白水湾、横路村、施善村、统里村、报福坛、上梅村、上市村等地，逐渐形成对孝丰城的3面包围。苏浙军区守备部队坚守孝丰城周围的青明山、坝山、太阳山、五峰山及西北牛山、八卦山等阵地，节节抗击，战斗十分激烈，许多阵地反复争夺，失而复得。6日晚，各守备部队开始反击，正面击溃了顽军第62师的进攻，并从西面楔入渔溪口歼灭忠义救国军一部。7日晚，苏浙军区领导鉴于顽军左中路已进至孝丰县城附近，按预想的战机已经出现，立即命令第1、第3纵队主力全线出击。第3纵队主力自孝丰城西北的芦村南下，向西线顽军左翼迂回。第1纵队主力西出孝丰县城，进行穿插分割。忠义救国军见势不妙，慌忙撤离阵地，暴露出第52师第156团的翼侧。第3纵队拟切断第156团退路时，该部已开始撤退，双方在报福坛附近的黄泥岗遭遇，经激烈战斗，终将第156团歼灭。接着，第1纵队又在孝丰城西南的吉才坞、老石口歼灭顽第192师一部，并在孝丰城南重创第62师。10日，顽军右路挺进第1纵队、浙江保安第4纵队进至孝丰城外围后未敢继续前进，在得悉其左路被新四军击退后，便向天目山以南缩退。苏浙军区部队乘胜扩大战果，进占羊角岭天险、章村、孔夫关、施善村及东、西天目山，当即沿天目山构筑工事，并派少数部队在边沿游击及搜索顽军粮食。26日，顽军第192师、第62师余部、挺进第1纵队、浙江保安第4纵队，再次由横湖、横板、青云桥、后院，向苏浙军区部队天目山阵地出扰，均被击退。此后，顽军放弃临安，并从于潜、昌化之线向西南撤退。至此，天目山第2次自卫反顽战役胜利结束，共歼顽军团长以下1700余人，完全占领东西天目山并解放临安县城。