就在我军攻占桃园县的同时，我军原本的佯攻部队的第2集团军，于7月16日以4个师的兵力发起代号为“黎明”的作战，猛攻台南。于当天中午攻占了日军在嘉义和台南边界地区的筑垒区域，并继续向前推进，但在左右两翼都受到日军甲等师团第12师团的坚决反击，前进非常艰难。7月17日，我军经一番苦战，击退日军的反击，占领日军在两翼的阵地，先头部队第11装甲师控制了几条河流上的桥梁。7月18日，我军主力渡过几条河流，建立起正面宽3650米，纵深900米的桥头阵地。
7月19日，日军集中3个守备师团的兵力发起反击，我军的空军乘着天气晴朗的有利条件大举出动，对日军反击部队实施了极其猛烈的轰炸，瓦解了日军的攻势。我军第11装甲师乘机占领台南地区东南的一处战略要地，被日军命名为112的高地。日军深知112高地的重要价值，随即组织多次反扑，但均未得手。7月20日，日军集中所有炮火，全力炮击112高地，在猛烈炮击下，我军士兵由于后继乏力难以坚守，只好放弃112高地撤到高地不远的河岸边。日军虽夺回了112高地。但还没等他们大肆庆祝，就开始一直在我国空军的猛烈打击下，无法集中使用所有的部队，也就发挥不出日军部队独有的集团冲锋巨大的突击威力，一般只能使用200名步兵和1—3辆坦克组成小型战斗群进行短促出击，难以取得胜利，加上几天来坦克损失约60辆，又得不到补充，日军为确保台南城，只好放弃外围一些阵地，将全部100辆坦克中的70辆部署于台南的近郊。我军在占领台南地区的一个野战机场后，也因为兵力不足装甲部队推进太快再无力推进，双方陷入对峙。
到七月底，盟军已上陆15个师，其中8个摩托化步兵师，5个装甲师，2个陆战师，共30万人，16.7万吨物资，7.2万部车辆。但是部队增多，物资需求加大使得我军后勤运输部队仍觉得登陆滩头太狭窄，便继续扩大登陆场。我军为保障日后能展开大规模的装甲部队，取得有利的进攻出发阵地，我军第1集团军在攻占桃园县后马不停蹄立即挥师北进和扫荡周边地区。
8月3日，南部地区的我军集中7个师中的四个师的兵力，向登陆场正面德军约3个师团发动猛攻。因前进的道路上是大片沼泽和台南地区特有的树篱地形，易守难攻，加上天气不佳空军也无法出动，所以进展缓慢，在五天里才前进6.4公里，而伤亡高达2000人。接下来足足经七天的浴血奋战，又付出3000人的伤亡才推进4.8公里。伤亡如此之大，主要是前进的道路两侧都是沼泽，只能展开1个师的兵力，在遍布*、障碍物的道路上粉碎日军的顽抗步步推进。
8月11日，南线我军向台南地区重要的交通枢纽台南市发动钳形攻击，但日军依托预先构筑的工事拼死抵抗，我军的攻击未能如愿。为了避免更大的伤亡，于是我军停止攻击，整顿部队，补充弹药，准备第二轮进攻。而日军人员、装备、弹药所剩无几，又得不到补充，已是山穷水尽。在我军随后发起的第二轮进攻中终于不支，台南市于8月18日被我军攻占。随着台南的失守，日军在台湾南部地区的守备兵力仅剩下不到四成，重要据点也仅剩高雄一处，还在日军占领下的地区也仅剩高雄、屏东和台东的一部分，北部也只剩下台北地区和宜兰的一部分，局面更为被动不利。
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