在《蒋鼎文关于中原会战溃败原因之检讨报告》中，开篇即指出“此次中原会战，规模宏大，兵员众多，敌挟其蓄锐已久之华北、关东各军及装甲师团以俱来，战区与之周旋亘两月之久”。其中，洛阳保卫战成为中原会战的核心之战。
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| 日军包抄洛阳的线路图，蓝色箭头为日军包抄方向 （图片来自纪录片《古城记忆之洛阳保卫战》 截图） |
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【激战数日】内无弹药外无援兵洛阳城落入敌手
从1944年5月11日开始，日军集中优势兵力对洛阳守军发起围攻。
5月11日晨，日军向国民党第64师驻守的西工防区发动进攻，先后在东下池、西下池、七里河、兴隆寨、瞿家屯等地进行激烈的战斗。在两天的激战中，由于国民党守军伤亡过重，兵员严重不足。
为了节约兵力继续战斗，5月12日晚上，第一战区司令部令64师放弃西工阵地。当日，东下池、西下池被日军占领。
5月13日，偃师方面日军3000余人，战车100余辆，开始进犯洛阳城。下午1点，日军进入五里铺、北窑等地。当日，渑池、新安之敌也来进犯洛阳城。当日，日军攻占了周公庙。
5月14日拂晓，日军全线向洛阳守军发起总攻，洛阳守军奋勇应战，肉搏数次。至15日凌晨，日军数次冲入东关、南关、山陕会馆等地，均被洛阳守军击退。
持续激战之后，5月21日12点，日军战车20余辆，猛扑洛阳史家沟、上清宫等地。
5月22日，日军以63师团、坦克第3师团、骑兵旅团等数倍于洛阳守军的兵力猛攻洛阳。当日午后，国民党飞机给15军投送蒋介石20日手令：“着仍固守洛阳，勿轻信谣言，至迟一星期，我必负责督饬陆空军增援洛阳。”根据这一命令，15军再次变更部署，除东、西车站各置有力一部保持据点外，该军主力全部撤入城内，与94师合力守卫城厢。但是，蒋鼎文、刘峙拒不执行蒋介石驰援洛阳的命令。
5月24日拂晓，日军陆、炮、空联合，向洛阳城发起总攻，先以炮兵、飞机集中火力，向洛阳城西面城墙及东北城角轰击，激战至中午，日军步兵千余人，窜入西门及西北城角之线，洛阳守军与日军进行肉搏。同时，洛阳东车站已成混战状态。
至5月26日早晨，洛阳守军伤亡惨重，弹药已告罄，蒋介石手令中的援兵迟迟未到，与第一战区司令部也失去通信联络，所剩无几的守军终于在武庭麟的命令下开始了突围，洛阳城陷入日寇之手。
据战后统计，在洛阳保卫战中，武庭麟率领的15军及14军94师共1.8万名将士，在没有外援的情况下，共毙敌2万余人，洛阳守军阵亡1万余人，受伤被俘3000余人。突围后，洛阳守军仅存官佐316人、士兵1795人。（见习记者 余子愚 记者 王妍）
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