第三阶段为战役总攻。
西涧口地区位于伏牛山的深山区，长达70余里的西涧口大峡谷是出豫进陕，攻打西安的大通道。
西涧口境内有16个绾毂西涧口大通道的山头。如若武力不能直接打通西涧口通道，只要能攻占16个山头的任何三个山头，即可瓦解保卫西涧口通道的防线。
因此，中日双方高级将领都把攻打西涧口的战略方案聚焦在西涧口通道和西涧口境区内的16个山头上。
侵华日军总司令冈村宁次把发动“老河口——西涧口战役”视为“最后征服中国的关键性一战”，“是挽救日本帝国于不灭，决定日本帝国兴废存亡的关键性一战。”（出自日本昭和15年《中国派遣军》一书）。
冈村宁次一再叮嘱指挥“老河口——西涧口战役”的将领：“攻占老河口，务必最快占领西涧口。老河口是头，西涧口是尾，保住老河口，必须占领西涧口。”冈村宁次将两万日军用于攻打老河口，调遣4万日军攻打西涧口。
迎敌方案：一、机密构筑西涧口袋形阵地，奎文关为进入袋形阵地的进入口，马鞍桥为袋形阵地的袋口底部，奋勇迎战，巧妙诱敌西进后，封死奎文关的袋口，堵死马鞍桥的袋口底部，围歼日军于马鞍桥阵地前。二、构筑以西涧口镇为中心，将12万国军部队和1万多民团部队，布防于北至马鬃岭，南至淅川县毛堂街的150华里的防线上。
将西涧口境内的各个山头连成一线的长蛇阵，把日军阻滞于长蛇阵以东的西涧口地区。
日军总司令官冈村宁次、日军总参谋长松井太久郎拟定攻占西涧口的作战方案：
淅川县与西涧口互为毗邻，西涧口战役分设两个战场，西涧口为主战场，淅川县为副战场。日军占领淅川县，消灭淅川县境内的重庆军，构建策应西涧口主战场日军作战的基地。
日军主力部队打通西涧口峡谷，进兵陕南，攻克西安。如若打通西涧口峡谷受阻，集中兵力相机攻占西涧口境内16个山头的任何三个山头，即可斩断重庆军150华里的长蛇阵，就此打开攻占西安，猛攻重庆的西峡口这个大门。
历经142天的西涧口主战场之役，铸就了“老灌河阻击战”、“奎文关一一六高地之战”、“马鞍桥阻击战”、“山荆芽之战”、“霸王寨之战”、“丰子山之战”、“鹰爪山之战”、“蒲塘——豆腐店之战”、“大华山之战”等争山经典战例。
老灌河阻击战《构建重阳镇袋形阵地计划》命令河南省保安部队的两个团布防老灌河西岸，阻止日军于老灌河东岸40个小时。
河南省保安部队第二团、第三团、南阳民团第五团共计6578人，布防于老灌河西岸10里长的河岸边，坚持到4月3日下午4点。
河南省保安部队第二团第一营布防于老灌河渡口左边5里长的西岸上。该团第二营、第三营为预备队，隐藏于第一营阵地后边的山沟里。
第二团完成阻击任务后，向奎文关左侧撤退时，第二营负责炸毁一段豫陕公路。第二团副团长查国敏任总前线总指挥。
河南省保安部第三团第一营布防于老灌河渡口右边5里长的西岸上。该团第二营、第三营为预备队，隐藏于第一营阵地后的山沟里。
第三团完成阻击任务后，向奎文关右侧撤退。第三团团长吴树芳全权负责指挥。
南阳民团第五团为总预备队，集结于老灌河渡口西边的豫陕公路两侧。完成阻击任务后，第五团向霸王寨方向集结。
河南省保安部队第一炮兵营的16门远程炮设防于老灌河渡口南侧的寺山根前。老灌河东岸与西岸的地域狭窄，保安部队定于晚10点整，首先向日军炮兵阵地发炮，炸毁日军炮兵阵地。
刘茂恩总司令向老灌河西岸防线调来一台功率很大的发电机，每个营的阵地前都要安装4个探照灯。
日军第一三九联队长山本三四郎的渡河计划：
一、4月1日早上3点，第一大队抢渡老灌河，渡过老灌河之后，经符家营、岳家营向奎文关进击，天明前，第一大队攻下奎文关。
二、第二大队渡河之后，经金线崖、霸王寨向丁河镇推进，协同第三大队攻打丁河镇。
三、第三大队渡河后，快速向丁河镇奔进。
四、山本三四郎拟定的作战战术：炮火开路，战车推进，步兵冲击，快速奔袭，在5天内，打通西峡进军陕南的通道，把重庆军从西涧口地区赶往陕南地区。
国军按作战计划，于3月31日夜晚10点向日军炮兵阵地发炮，一举炸毁了日军炮兵阵地。
山本三四郎命令炮兵中队长松本贞男，将炮兵阵地移至城南，命令日军提前至夜12点发起渡河攻击。
国军停止炮击之后，刘顾三向各团发布命令：
一、国军先发制人有效，日军炮兵阵地肯定遭到破坏，日军会在1个小时后发起攻击，各团严守阵地。
二、各团战士躲在山根处，留少数战士监视日军动向，看管探照灯。等日军停止炮击，各部战士立即进入阵地。
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