宋庄的战斗激烈进行之际，周围的日军据点陆续派出了强大的增援部队。无极、深泽、定县、安国、饶阳等地的日伪部队均大举出动，因为从初的战斗判断，日军认为胆敢己方主力眼皮底下的宋庄设伏的八路绝不会是支小部队。当时的冀中平原已被日军完全“网格化”，6万多平方公里8千多个村庄的地面上，密布着日伪的1500个大小据点，另有700多辆汽车经常1万多公里长的网状公路上穿梭巡逻。因而日军的增援来得很快，到上午10点左右，除了仍进攻的坂本卫队之外，宋庄东北、西南、和东面均出现了大批日军，其随即展开了进攻。这样一来，宋庄八路军的处境变得相当危险，有被日军吃掉的可能。我方指挥员原来打算重创坂本卫队之后，脱离与日军的接触，未曾料想增援的日军来得如此之快，不得不当即调整部署：决定不管敌人的兵力如何强大，我军第一、二道工事无论如何要与敌周旋八小时，第三道工事要坚持到天黑，然后待机突围。由于进攻的日军人数众多，战斗力较强，22团首长要求连队能充分利用宋庄的村落工事进行主动灵活的战斗，并提出“谁能节省子弹，谁就能坚持胜利”的口号，要做到敌人不进入火力圈不打，瞄不准也不打，发挥每一粒子弹的效能。
上午11点过后，日军已陆续集中了约1700人的部队，经过迫击炮和步兵炮近一个钟点的猛烈轰击之后，从宋庄的东西南三面同时发动了进攻。八路军所依托的第一道工事，一道矮矮的土围墙，此时已是多处被日军炮火夷平。这一敌众我寡的危急时刻，22团的特等射手发挥了巨大的作用。1连有位班长，伏被打塌的工事下面，面对逼近的日军毫无惧色，连续射击7枪，击毙日军7人。二连的副连长则亲手一枪击毙了500米开外的日军机枪手。但日军凭借优势火力和人数优势，不顾死伤，依旧逼近了八路军的阵地。此时八路军战士们性跳出房屋和工事，将密集的手榴弹投向日军，同时与敌展开肉搏。日军的火力掩护因双方一再近战而大打折扣，而八路的手榴弹混战中却显得威力无比。从12点到下午2点，22团又打退了敌人三次冲锋。日军全面进攻屡屡受挫之后，便改变策略，保持对宋庄四围阵地的全面压力之外，集中优势兵力猛攻较小的南部宋庄。驻守这里的是2连的一个班，经过上午的苦战之后弹药消耗很大，加之围墙已毁，不得不转移到院落和房顶之上坚持作战。日军进攻开始之后以一部从西侧翻越了围墙废墟，随即与前来堵截的八路军展开肉搏，与此同时其主力迅速从正面发起冲锋，终于涌入了宋庄南部。激烈的肉搏之中，2连的这班战士大部牺牲，少数几人用手榴弹杀开一条血路突回了北部的我军阵地。
宋庄南部失守之后，北部阵地显得为孤立，第一、二道工事已基本全毁，弹药也消耗很多，而村外日军的增援仍不断到来。此时八路军指挥人员和政工人员经过讨论，把严重的形势告诉了全体战士，让大家做好必要的思想准备，同时要求所有人任何情况下必须坚守阵地，直至天黑突围。村外的日军得到兵力和火力的补充之后，很快又向北部宋庄开始了一轮的进攻。这一次日军的炮火特别凶猛，夹杂各型火炮中的还有三、四十个步兵掷弹筒。炮击停止之后，步兵冲锋之前，日军甚至施放了大量的瓦斯筒。顿时，八路军的阵地被一股瓦斯气包围，不少战士被呛得失去了战斗力。趁此时机，日军发起了进攻（这应该是日军的总攻）。2连阵地，待毒雾快散去时，副连长发现一股日军已占据了村边的几栋房子，立即率领十几个战士冲进屋内，硬是用手榴弹和刺刀把这些日军全部消灭。日军主攻的1连阵地，敌人连续冲锋受阻之后，再次施放了瓦斯，接着趁我军战士暂时不能射击之机，组织了一些带着轻机枪的突击小队抢上村边的屋顶。八路军发现这一情况之后，也立即组织小分队携带手榴弹和短枪反突击这些立足未稳的日军。经过激烈的白刃搏斗之后，日军的突击小队被八路军的手榴弹驱离了这些屋顶。虽然随后日军再三攻击，但夜幕降临前终未能突入宋庄一步。后的总攻之中，甚至有一名日军小队长完全失去了再冲锋的勇气和信心，迟迟不敢前进，竟被上级阵地上当场枪决。