25日一早，得到补充的55师团从南、西、北三面向同古发起猛攻。为阻止日军向前推进，戴安澜命令火烧森林，并在同古城内外加固工事，组织抵抗。当日下午，55师团143联队突破了598团的阵地，攻入同古城外围，55师团采取北守南攻的战术，集中143、112联队发起猛攻。敌野战重炮第三联队的12门155榴弹炮，对同古守军的打击很大，598、599团不得不退入同古城内，与日军143、144联队在同古城内激战。双方反复争夺每一个街道、房屋。由于双方已经短兵交错在同古城区，日军的重炮失去了作用，200师得到了喘息的机会，利用短兵火力的优势，压制住日军的进攻。而600团黄伟等，也因为598团阵地的丢失，不得不退守到同古东南面锡唐河的同古桥附近，与师直骑兵团一起防守东南方向。
26日，第55师团112、143、144三个联队同时发起进攻，以三倍于200师的兵力围攻同古城，598团的阵地多次被突破，紧急时刻，200师直属工兵营快速赶到，在200多生力军的支持下，598团再次守住了阵地，戴安澜让直属战防炮连的20mm战防炮平射，有效打击了日军进入街道的机械化部队，迫使其退出进攻。
27日，远征军新编第22师到也已到达同古以北的南阳车站，随即与日军第55师团144联队一部在永克冈周围激战，22师的进攻没有取得什么进展，双方形成对峙状态。面对中国军不断压过来的部队，竹内宽命令144联队增派一个加强中队，协助北部的防御。企图利用在同古北构筑的工事，阻止中国军前进，为主力在同古城消灭第200师提供保障。
28日，日军炮兵实施了对同古北中国军发起毒气攻击，新编22师猝不及防，伤亡惨重进攻受阻。日军56师团先遣队同时也已抵达同古东南面，在与第55师取得联系后，立即向锡唐河东岸移动，攻击同古桥中国军。防守在此的600团和骑兵团余部，利用工事对敌进行阻击。
黄伟此时手中实际兵力只有两个营加直属队，3营在杨洪等的带领下，已经远赴西路，在英缅第1师必经之路，沿途收集英军遗漏的武器弹药。黄伟对日军的进攻一点也不担心，