Сама операция началась 8 июня. В течение трех дней японцы ликвидировали подводную преграду в районе Цзичжоу. Одновременно десант морской пехоты захватил Увэйчжоу, а корабли флотилии подвергли бомбардировке Датунь. Для наступления на Анькин и укрепления Матаня были выделены 12 тысяч солдат (на 8 транспортных судах) и 80 орудий. Эту группировку поддерживали 150 самолетов и группа кораблей (3 крейсера, 7 эсминцев, 7 канонерок, 8 тральщиков).

Высадившись ночью 12 июня восточнее и западнее Анькина, десанты уже к утру овладели городом (вместе с войсками, наступавшими из района Хэфэй), и вышли на подступы к Матаню, охранявшему протоку между Янцзы и озером Тэнпо. 22 июня возле Доньлю японцы высадили ложный десант (всего-навсего 100 морских пехотинцев), который ввел в заблуждение китайское командование. Оно перебросило туда из района Матаня 3 пехотные дивизии.

Эта ошибка позволила японцам двумя днями позже высадить новый десант под Матанем (6 тысяч солдат), который с ходу попытался захватить укрепления, но был отброшен назад гарнизоном цитадели. В ночь с 24 по 25 июня китайцы перегруппировали силы и начали серию контратак, сделав невозможной высадку дальнейших десантов в районе восточных фортов Матаня. Только после обстрела укреплений химическими снарядами (они содержали фосген и хлор) японцам удалось высадить десанты на северном берегу Тэнпо и на южном берегу Янцзы (2 тысячи солдат), откуда они двинулись на Пэнцзе.

Китайцы попытались в ответ нанести удар по японским тылам, но огонь орудий с кораблей, стоявших за очередной подводной преградой, сорвал эти попытки. 26 июня форты Матаня пали, а через три дня был захвачен Пэнцзе. 5 июля японцы заняли оставленный китайскими войсками Хукоу, закончив тем самым первый этап ханькоуской операции.

Во время боев японская авиация потопила на реке китайские канонерки «Czu Tai» (1 июня), «Hsien Ning» (1 июля) и «Kiang Czen» (20 июля).

Затем в действиях на Янцзы наступил 20-дневный перерыв, во время которого японские корабли вели интенсивную работу по ликвидации навигационных преград и минных заграждений на реке. Тем временем японское командование собирало силы для удара на Цзюцзян.

Цзюцзян, важный порт, транспортный узел и место переправы войск через озеро Поянь (2 буксира, 2 парома, 100 грузовых джонок), должен был стать оперативной базой для нанесения последующего удара в сторону Ханькоу. Поэтому японское командование выделило для атаки на город 4 пехотные дивизии и несколько десантных судов, поддерживаемых 20 военными кораблями и многочисленной авиацией. Хотя район Цзюцзяна обороняли 6 китайских дивизий, здесь на реке не были устроены подводные преграды и не установлены минные заграждения; кроме того отсутствовала зенитная артиллерия. Китайские войска остро это ощутили, когда 12 июля японская авиация начала свои губительные налеты (в частности, она уничтожила переправу через Поянь).

21 июля японская пехотная бригада, погрузившись на десантные суда, под прикрытием 12 боевых кораблей, вошла в Поянь и ночью 22 июля без артподготовки высадилась под Дакутанем), в стыке двух китайских армий. Буквально на плечах застигнутых врасплох китайцев японцы прорвались на 6 километров в глубь их обороны. Когда китайские контратаки были парализованы японской бомбардировочной авиацией, ниже Дакутаня высадился второй десант в составе пехотной дивизии, который двинулся по дорогам на Цзюцзян и Деан.

Для дезорганизации обороны города, утром 25 июля на южном берегу Янцзы (в трех местах западнее и восточнее Цзюцзяна) под прикрытием корабельной артиллерии и дымовой завесы высадилась бригада морской пехоты. Китайцы, увидев дым, решили, что это облако отравляющих газов и побежали, оставив свои позиции. Паника и угроза окружения привели к тому, что город был оставлен. На следующий день японцы его заняли. Однако предпринятое ими преследование отступавших китайцев, лишенное поддержки корабельной артиллерии, было остановлено в 40―50 км южнее Янцзы.

В начале августа японское наступление к северу от Янцзы затормозилось. После захвата Тайху (22 июля) и Хуанмэя (3 августа) японские дивизии почти до самого октября завязли в ожесточенных позиционных боях с 10-й и 7-й армиями китайцев, потеряв при этом часть захваченных территорий (26 августа китайцы отбили Тайху); только войска, наступавшие вдоль шоссе Хэфэй — Наньчан, после захвата Гуши (28 августа) вышли на левый фланг китайских армий.

В сложившейся ситуации японское командование решило перенести центр тяжести операции на юг от Янцзы и наступать вдоль реки, а для этого требовалось форсировать пролив Уху. Учитывая возможность высоких потерь, японцы попытались обойти укрепления Фуциси с юга, атакуя Жуйчань одновременно вдоль дороги из Цзюцзяна и со стороны реки. С этой целью в районе Ганькоу (Гуаньчжи) высадился десант морской пехоты численностью 1000 человек (12 августа).

После ожесточенных боев, во время которых снова были применены отравляющие газы, 24 августа Жуйчань был взят. Оттуда японцы двинулись на Дэань, Яньсин и Матоу.

8 сентября, во взаимодействии с десантом морской пехоты, был захвачен Матоу и начались трехнедельные бои за Фуциси. Одновременно по северному берегу реки 6-я пехотная дивизия наступала на Тянчжячжэнь.

Чтобы задержать продвижение противника вверх по реке, китайское командование бросило против него базировавшуюся в Ханькоу бомбардировочную авиацию. В частности, 27 июля 6 самолетов СБ бомбили 28 кораблей и судов японцев в районе Хукоу, 8 августа 5 бомбардировщиков СБ атаковали группу японских кораблей под Матанем, а 11 августа группу в составе 25 кораблей на рейде Цзюцзяна: утром 5 машин и вечером 7 бомбардировщиков. В ходе этих налетов они уничтожили и повредили до 20 кораблей и судов.

Чтобы защитить свой флот от этих налетов, японцы ввели систему речных конвоев: группы из 40―70 транспортных судов эскортировали малые и средние военные корабли, имевшие сильное зенитное вооружение. Кроме того, была усилена зенитная артиллерия в портах и в местах дислокации войск, а также создана сеть полевых аэродромов вдоль реки. С них японцы пытались перехватывать китайские бомбардировщики.

12 августа во время очередного налета на Цзюцзян китайская авиация потеряла 5 самолетов СБ (при этом японцы потеряли 5 истребителей); 18 августа во время бомбежки группы судов под Хукоу 9 самолетов СБ вели воздушный бой с 30 японскими истребителями (без потерь), а 19 августа, когда группа китайских самолетов-бомбардировщиков атаковала японские суда на участке Хукоу — Цзюцзян, 27 японских бомбардировщиков бомбили авиабазу в Ханькоу, потеряв в бою с 12 истребителями охраны аэродрома 2 своих самолета.

На суше из-за ожесточенного сопротивления китайцев (средний темп продвижения японцев составил 1 км в день), невзирая на применение отравляющих газов, японское наступление выдохлось. Оживило его только операция речной флотилии, которая прорвалась вверх по реке, высадив утром 19 сентября в Усу десант морской пехоты и захватив город.

Второй десант (бригада морской пехоты, усиленная артиллерией), высадился 24 сентября в тылах цитадели Тянчжячжэнь и спустя три дня захватил ее. Фуциси пал 29 сентября. Таким образом, после форсирования пролива японская флотилия на Янцзы обеспечила себе свободу маневра, а войскам — доставку провианта, боеприпасов и подкреплений водным путем.

Потеря укрепрайона Усу, высадка японского десанта в заливе Биас, вызванная им необходимость отвода 3-й квантунской армии (6 дивизий) с центрального фронта для усиления обороны Кантона, а также попытки окружения левого фланга китайской армии 2-м японским корпусом, который вел наступление вдоль железнодорожной линии Пекин — Ханькоу, привели Чан Кайши к решению (18 октября) оставить Ханькоу. Столицу перенесли в Чунцин (более чем в 2200 км на запад от Шанхая), а войска отвели на рубеж реки Хань и в окрестности Чаньшу и Нанчаня.

Первыми начали отход армии, находившиеся севернее Янцзы и продолжавшие вести бои с наступавшими японскими дивизиями. Достигнув железнодорожной линии Пекин — Ханькоу, ввиду провала плана по окружению главных сил китайцев, японские войска прекратили их преследование и направились вдоль железной дороги к Ханькоу.