5月3日，柳林車站失守的消息迅速傳遍第五戰區指揮部。
這一消息如同一顆重磅炸彈，轟然炸開了花，整個義陽重要節點被日軍占據。
柳林失守，意味著義陽防線的空缺即將擴大，日軍若從柳林突破，整個義陽戰局將失去平衡，義陽有失則武城北方門戶的大門將敞開。
李縱任在接到柳林失守的報告後，幾乎立即作出了決策。
他命令第13師迅速調頭，前往柳林方向進行反擊：
“第13師立即北上，向柳林車站發起進攻，務必奪回陣地。”
與此同時，他還通過電報要求胡棕楠第一軍從西側進行牽製，為同盟軍反擊爭取時間。
胡棕楠的反應相對遲緩。由於自己部隊的壓力過大，日軍極有可能再次繞襲進攻義陽，他防區依然緊張，
此時胡棕楠的第一軍正在螺山地區與日軍第3師團的激烈交戰中，他不敢輕易分兵前往柳林增援。
儘管李縱任的電報明確要求胡棕楠支援柳林，但胡棕楠的決策卻顯得猶豫不決。
義陽東部的戰局依然膠著，第一軍的主力正在與日軍第三、十師團死磕，自己部隊的兵力已經捉襟見肘。
如果此時派兵增援柳林，他的防線將會更加薄弱，甚至可能會導致整個義陽防線的崩潰。
胡棕楠內心的矛盾不斷加劇，他對死守陣地的信念並不堅定，
儘管有此顧慮，胡棕楠卻仍然不得不執行李縱任的命令。
最終，他決定將第一軍的下屬一個營沿鐵路方向牽製日軍。
5月3日傍晚，包國維率領模範師第一團迅速調整陣地，集結在柳林西口的山地地帶，準備開始對柳林車站外圍陣地的強攻。
包國維深知，若不儘快奪回車站，日軍很可能借此作為突破點，內外雙向突破同盟軍的防線。
他部署第一團向日軍防守的外圍陣地發起攻擊。
但日軍同樣知曉柳林車站的重要性，占據此處的第六聯隊防守異常頑固。
日軍利用地形優勢，布置了層層火力網，從山坡到車站外圍的鐵路沿線陣地，都設置了重機槍、迫擊炮與火炮。
日軍利用這些火力點和臨時工事，形成了強有力的防守。
模範師第一團在猛烈炮火的掩護下，迅速向敵軍陣地推進。
日軍被密集的火力打得有些措手不及，在短短幾分鐘內，第一團便突破了外圍的第一道防線，並成功摧毀了日軍繳獲的一處倉庫。
然而，日軍的第二道防線依然堅不可摧，反擊火力越來越猛烈。
包國維立即命令小股部隊從山地小道側麵滲透，開始繞到日軍後方，準備給日軍造成混亂。
這一戰術成功拖延了日軍的調度，但日軍第六聯隊的防守依然異常頑強，沒有出現崩潰的跡象。
與此同時，包國維通過電台通知第13師的趙壽山，要求其儘快增援，以配合模範師的進攻。13師的任務是從柳林南側進攻，全麵壓製日軍增援。
儘管模範師第一團在突破外圍陣地後，成功打開了日軍防線的缺口，
但柳林車站外圍的戰鬥依然膠著，日軍的反擊異常頑強，許多日軍開始發起自殺式攻擊，身上綁著炸藥包衝向模範師軍士，
模範師傷亡情況開始加劇。
與此同時，青山店地區的第三師團也在積極行動，卯足了勁向柳林方向推進。
包國維從駐守青山店的機動總隊發來的報告中得知，日軍第3師團已經開始向青山店外側進行突擊，企圖通過青山店與柳林車站日軍會合。
這一消息令包國維警覺，第一軍的支援並未如期到達，若繼續集中力量在柳林進攻日軍，青山店的薄弱防線極有可能會成為日軍的突破口。
包國維迅速下令調整戰略，將主攻任務交給了羅酌英的13師，他親自帶著第一團一半的兵力回防青山店，加強青山店的防守，
第一團團長李成斌率剩下的部隊駐守在柳林外圍，同時包國維也在向戰區申請支援。
接過主攻命令的第13師開始向柳林車站內部發起猛烈的進攻。
在趙壽山的指揮下，13師在炮火和步兵配合下快速推進。但是日軍第6聯隊的防線卻是愈加堅固，13師的攻擊不僅進展緩慢，而且出現了巨大傷亡。