从11月3日起，日军一〇六师团的后勤给养已呈现出严重不足，尽管日军第十一军采取了飞机空投粮食和弹药的办法，然而对解决困境而言，不过是杯水车薪罢了。张古山突围的失败和万家岭部分高地的丧失，更是犹如雪上加霜，让这个师团惶惶不可终日。
呛人的硝烟味
眼看即将沉入水底，日军一〇六师团要伸手抓一根救命稻草的心情非常迫切。
还是张古山。一〇六师团决定绕开正面，从侧面对中方的一五一旅进行迂回包抄，但是没想到和一五三旅的防御阵地碰个正着。
既然这里也有中国部队驻守，只有靠硬撞了。11月4日拂晓，日军出动约一个联队的兵力，向一五三旅三〇六团发起猛攻。
战斗越打越激烈，到中午时候，三〇六团已有两名营长负伤，三名连长阵亡，余下官兵伤亡过半。该团战斗力也由此大损，唯一还能坚持作战的仅剩下一个残缺不全的三营。
张古山地形复杂，战线较宽，没有哪一个区域不需要防守，三营堵住这里堵不住那里，渐显不支之势。王耀武闻报，赶紧让师部准备后撤，以免日军迂回成功，把五十一师的指挥核心给抄掉。
此时李天霞已被免去一五三旅旅长一职，专任五十一师副师长，旅长职务由张灵甫升任。见情况紧急，张灵甫亲自赶到前线督战，发现战斗兵员不足，他就将各营残兵和杂役兵集中起来，由一名营附统带，交给三营使用。有了这部分多出来的人手，三营才得以堵住敌人的进攻，战局也再次得以稳定。
日军一〇六师团连续对五十一师所在的张古山阵地猛打猛冲，不仅没有捞到好果子吃，还遭到极大伤亡，第二天只得调转方向，朝五十八师所扼守的万家岭防区进行突破。
11月5日，日军一〇六师团以飞机为掩护对五十八师阵地发起进攻。也就从这一天起，在日军第十一军总部的调度下，日机每天都要赶来万家岭轰炸扫射，为一〇六师团助阵打气。
中国前线部队没有防空设施，所以日机敢于低飞，飞机每每都是擦着树梢飞过去，其飞行员更是张狂到会一边侧飞，一边从驾驶舱里伸出头来，以观察地面目标。当时防空的唯一办法，就是设置防空监视哨，监视哨一看到飞机或听到飞机的轰鸣声，立即吹哨子报警，但这种单纯依赖肉眼和耳朵来观察的办法并不是很有效。最常见的情况是，哨音刚落，人还没到达隐蔽场所，日机已飞临头顶。
中方的战斗指挥所频繁地遭到日机袭击。有的幕僚人员来不及跑出指挥所，只好姑且躲到床板下面，结果日机一阵扫射，作为指挥所的小茅屋被打成了漏勺，满屋子都是呛人的硝烟味。
指挥所尚是如此，前沿阵地更不用说了，只有在两军相距较近的情况下，日机才不敢随便投弹和扫射。五十八师一七二旅充分利用这段空隙，以极其顽强的防御顶住日军的多次猛攻，确保了阵地牢牢掌握在自己手里。
虽然日军一〇六师团仍旧没能从万家岭突得出去，但是他们还是从当天的作战中得到了一点启发。
从徐州会战开始，日军就大量采用毒气战的方式来突破守军防线。为了掩人耳目，他们内部称之为“特种战”，毒气弹也不叫毒气弹，叫“特种烟”，施放毒气弹的迫击炮筒（毒气筒）则是“特种发烟筒”。
日军一〇六师团在出发时没有忘记携带毒气装备，战后日军阵地上的毒气筒和防毒面具俯拾皆是。不过要采用这种阴狠战术也有许多限制条件，其中极为关键的一条就是使用者需掌握当地的气象和地理状况，若是风向或地形不对，很可能弄巧成拙，让自家部队先遭殃。
一〇六师团在万家岭显然缺乏这一条件，因此毒气弹没能派到太大用场，这时候他们就不得不更多地依靠飞机来帮忙。
