老河口地区属丘陵地带，光化老县城在老河口东北约两千米，城市面积较小。老河口是县属大集镇。武汉会战结束后，李宗仁把第五战区司令长官部迁到这里，在城东与马头山之间建造了一个土跑道的飞机场。
日军进攻老河口的目的，一是为了占领老河口飞机场，以减少中美空军对平汉路的攻击；二是为了控制老河口这一军事交通枢纽，阻止中国后方与敌后战场的联系，并为下一步进兵创造条件。
3月23日，日军加藤原之助的骑兵第四旅团，随杉浦英吉第一一五师团跟进，到达南阳东南方的源潭镇，突然加快速度扑向老河口。为了隐蔽企图，旅团主力避开南阳至老河口大道，稍向东侧迂回推进。
25日，加藤旅团的骑炮兵第四联队浩浩荡荡行进在三十里屯附近，遭到中美空军攻击。B-29轰炸机俯冲下来，每架飞机上，十挺十二点七毫米机关炮一齐吼叫，暴风骤雨般的子弹射向骑在战马背上的日本武士们。第四联队的官兵几乎都被炸死，联队长躺在血泊里痛苦地挣扎。大炮瘫痪，战马也陈尸累累。少数幸免的战马尖声嘶鸣着，狂奔乱跑。
没有遭到轰炸的日军进入攻城阵地后，野炮部队将老河口北面城墙炸开两个大缺口。早晨6点左右，古泽木俊的骑兵第二十五联队发动强攻，妄图一举夺取老河口。可是，从缺口处突进城内的两个中队被守军全歼。联队主力被守军包围在城的西北角，汉水河对岸的守军集中炮火向他们轰击。日军独立步兵第三十大队连续发动两次冲锋，拼死救援处于绝境中的古泽联队，都被守军打垮。