日军的这个作战计划，是对洛阳城及在其周围的国军军3个师进行包围，炮兵部队部署于洛阳的西南及西北地区，以图对洛阳城北守军设防阵地进行交叉炮击。
此时国军第1战区的守备部队，原在登封一带之汤恩伯集团，已撤至西南之伏牛山区。
而原在巩县、偃师的孙蔚如之第4集团军主力，已西撤至渑池东南至洛河之藕池、汪卞、王沟，高村及洛河北岸之韩城、南驿、秦王寨、官庄这一线地区。
原守备在洛阳以南及龙门街与伊川县附近之刘勘兵团，因敌12军之部队由汝阳向北迂回和敌第1军渡过黄河向渑池及以东地区进攻，则由龙门、伊川西撤至宜阳，并作继续西撤之准备。
原防守渑池地区的李家钰36集团军之第47军与高树勋39集团军之新编第8军，在渑地、英豪等地与敌作战后，47军撤向西南伏牛山区之洛宁一带。而新编第8军沿铁路西撤至陕县，故此时防守洛阳的国军军3个师则为孤立作战。
野副以为在其西面第1军、南面第12军的胜利余威之下，加上有足够的炮兵和第2飞行团的直接配合，以及他本师团的10个步兵大队，足可攻占洛阳。
然而防守洛阳的国军军3个师，在武庭麟军长的指挥下，毅然进行着保卫洛阳的坚忍作战。
在进攻洛阳前，野副以古城洛阳和历史文物免遭破坏为名，着城东白马寺僧人携其书函至城内，要求守军开城。从5月17日开始，该敌还以扩音器喊话，要守军放下武器不作抵抗，并以飞机散布传单，对守军提出不作抵抗、参加汪伪和平阵营的“劝告”。
63师团的作战命令下达到部队以后，其67旅团长柳勇首先提出意见，他认为对据有坚固阵地守军的进攻，须有足够的准备时间，特别是地形与道路侦察和攻击准备，所以他提出应将攻击开始时间后推至5月20日，但没有得到同意。
就在日军进攻洛阳时，国军第5战区曹福林的第55军、第10战区的豫南挺进军，以及汤恩伯集团一部在平汉路南段进行反击。至5月19日一度收复了确山、西平、遂平、漯河等城市，以牵制敌军。
5月18日19时30分，日军第63师团所指挥的炮兵，开始对洛阳城北守军阵地的上清宫等地进行猛烈地炮击。
19日晨3时，67旅团对守军洛阳以北外围阵地之徐家村、前李村、后洞、蒋沟、营庄一带发起进攻，而瓦田的第12野战补充队也由五女冢、冯家庄、陡沟一带向东攻击。
据守在洛阳以北一带阵地的，其东部为国军第65师，西部为第64师。
他们利用山地、钢筋水泥工事、交通壕、散兵壕、防坦克壕、布雷区、铁丝网等，以轻火器与迫击炮，对沿着山区、丘陵、村庄以及从麦地中向前运动之日军予以反击。
守军这些连绵数十公里的防御工事，有些水泥暗堡，不仅有射击孔，而且可容纳数十人，并有电话相互联系，根据命令，随时可以组织出击。
日军第63师团在19日这一天，虽有野战重炮兵对上清宫、西马坡地区的连续射击，第2飞行团的轻轰炸机、强击机上午、下午两次的编队轰炸；以及地面部队从多处掘壕前进，但进攻并未奏效，而且遭到了很大伤亡。
由五女冢向东进攻的瓦田部队，至19日夜间，攻占了史家屯，作继续向东约两公里苗家沟的攻击准备，因中间是一片麦田，遭到望朝岭、营庄以南一线守军利用高地火力的直接封锁，前进受阻。
野副昌德中将根据以上情况，决定停止进攻，进行侦察，摸准当面守军的情况，作明20日之攻击准备。
华北方面军对其直接指挥的63师团，在有重炮兵、航空兵有力的配合下，19日上午开始进攻即无进展，非常不满。
于是决定调12军已进至洛宁附近的战车第3师团栗栖英之助中佐之战车第13联队和第110师团的两个步兵大队至洛阳，归63师团指挥，继续进攻。
对于战车第三师团的增援，前线的第63师团那叫一个高兴，上下都非常的期待。
关于这个战车第三师团，该师团是日军在中国关内战场唯一一个战车师团，原本该师团原定于1942年在驻蒙军骑兵集团的基础上组建，但是由于骑兵集团在李国耀所部的打击下全军覆没，不得已只能从关外的战车第一师团和第二师团调集战斗骨干，再从华北方面军抽调兵员组成。
由于兵员的问题，原本1942年就应该组建完成的战车第三师团直到43年才组建完成，再加上后期的训练等等，今年年初才基本上形成了这战斗力，而这次作战是战车第三师团在中国战场上的首战。
日军的这个战车第三师团下辖两个战车旅团，计4个战车联队，每个战车联队总计有作战轻型坦克14辆，中型坦克57辆，汽车27辆，联队人员1071人。
另外该师团还下属机动步兵第3联队，机动炮兵第3联队，师团搜索队等作战部队。
说实话，日军的战3师团放在欧洲战场也许是不入流的装甲部队，但是放在中国战场，特别是面对还远远落后于日军的中国军队面前，还缺一个战车第5旅团参战的战车第3师团就好比是一股钢铁泥石流。
因为整个一战区的作战部队中，配备有反坦克武器37mm战防炮的部队仅仅5个军，第12、13、14、29、85军，平均每个军配备战防炮6门。
由于各个部队被打得措手不及，第12、13、29、85军各部的战防炮都未起到很大作用，整个会战中这四个军损失战防炮14门。
战车第3师团是日军难得的机械化部队，日军在使用的时机上更是特别用心。
这次作战，日军在前期的进攻中摧枯拉朽，所向披靡，这其中离不开坦克第三师团的集中使用。
这也是日本人向欧洲战场学习的结果，也是诺门坎的经验教训！
此次战役，虽然国军人数占优，步兵武器也不赖，甚至还有相对的制空权，却因为上层的腐败无能，最终一溃千里。
无论是蒋鼎文，还是汤恩伯，都鱼肉乡民，消极避战，河南甚至流传水旱蝗汤四大害，汤即是汤恩伯，这样的军队领导人怎么能带领部队打胜仗？
这是国军惨败的主要原因，但是不可忽视的一条就是在豫中平原，日军坦克群的集中使用是国军迅速溃败的重要原因。
以往，日军与国军作战，虽然坦克也是重要武器，但均配属给步兵指挥，坦克仅仅是辅助作用，但是在豫中会战中，冈村宁次学习了欧洲经验，结合河南的地理情况，创新了战法，开始集中使用坦克群，将闪击战的战略战术应用到中国战场上，从而收到了奇效，这也导致了国军的大溃败。
坦克第三师团无论是在许昌还是灵宝作战，都能迅速打开缺口，从而纵横中原两个月，让国军闻之色变！
中方在豫中会战总结报告中也承认，日军装甲部队的参战“势如疾风，以致战局全盘失利，不胜痛心。”
尤其是在之前的攻击作战中，冈村宁次将战车第三师团作为制胜的法宝握于手中，并且在初期作战时隐藏起来。等到汤照例调集主力开始向密县附近日军发起反击时，冈村宁次便以战车第3师团作为迂回部队的核心从侧翼包抄汤恩伯部队，汤部被切断后路，阵脚大乱。
眼下进攻洛阳受挫，冈村宁次再次响起了战车第三师团。