19日拂晓 ， 敌搜索部队向我靠近 ， 上了皮尤河桥 。 戴安澜立即下令埋伏在此的200师按计划引爆大桥 ， 两翼部队用机枪扫射 ， 经过3个多小时的激战 ， 敌人遗尸20余具 ， 丢下步枪11支、轻机枪2挺、摩托车19辆 。 在清理战场时 ， 从一个叫矶部一经的少尉军官尸体上 ， 搜出敌兵力配备图、作战日记等 ， 才弄清了正面之敌为55师团步兵第112联队 。

这一前哨战 ， 使日军遭到侵缅后的第一次损失 ， 也转变了英军对中国“草鞋兵”的轻视 ， 他们连连竖起大拇指：“你们打得好！”1942年3月21日的《泰晤士报》上报道了这场战争 ， 报纸对中国军队的英勇表现进行了肯定 ， 认为中国军队在保卫缅甸北部这一重要任务中 ， 发挥了重大作用 。

从19日起 ， 日军第55师团第112联队向同古发起攻击 ， 第143联队于20日投入战斗 ， 双方激战12天之久 ， 日军遭到太平洋战争开战以来未曾遇到过的猛烈抵抗 。

日军在飞机、大炮、战车的掩护下 ， 连日组织猛攻 ， 均遭第200师击退 ， 双方伤亡惨重 。 22日深夜 ， 戴安澜见日军进攻猛烈 ， 形势严峻 ， 遂决心与同古共存亡 ， 在给其夫人王荷馨的信中写道：“余此次奉命固守同古 ， 是上级大计决定 ， 后方联络过远 ， 敌人行动迅速 ， 现在孤军奋战 ， 决心与阵地共存亡 ， 以报国家养育之恩 ， 为国战死 ， 事极光荣 。 ”在营以上军官会议上 ， 为了防止战斗中指挥中断 ， 戴安澜宣布：“如本师长战死 ， 以副师长代之；副师长战死 ， 以参谋长代之；参谋长战死 ， 由步兵指挥官替代 ， 各级照此办理 。 ”

22日至23日晚 ， 200师官兵先后打死日军官兵500多人 ， 毁其坦克3辆、装甲车7辆 ， 俘战马38匹 ， 轻、重机枪9挺 ， 九二式步炮1门、步枪266支和其他弹药装具 ， 敌不支而退 。 一批化装成缅甸平民的敌人赶着暗藏武器的牛车企图蒙混进城 ， 也被第200师查出消灭 。

25日拂晓 ， 日军由南、西、北三面包围同古 。 戴安澜命令收缩外围 ， 加固工事 。 战至28日夜 ， 日军派出小股部队突袭200师司令部 ， 戴安澜率部与日军激战通宵 ， 直至援兵赶到 ， 才将敌击退 。

由于西线英军始终没有采取积极行动配合 ， 加上英方延误 ， 中国远征军后续部队未能按预订计划运送到同古前线 ， 第200师苦战12天 ， 伤亡2000余人 ， 内缺粮弹 ， 外无援兵 ， 面对增援后4倍于己的敌人 ， 困守孤城 ， 形势危急 。

杜聿明认为 ， “在此形势下 ， 我军既不能集中主力与敌决战 ， 以解同古之围 ， 而旷日持久 ， 仰光登陆之敌势必参加同古战斗 ， 坐使第200师被敌歼灭 。 如此 ， 则我远征军将被敌人各个击破 ， 有全军覆没之虞 。 因此 ， 我决心令第200师于29日晚突围 ， 以保全我军战力 ， 准备在另一时间、另一地点与敌决战 。 ”于是第200师在戴安澜指挥下安全突围 ， 连一个伤兵也未丢失 。 至3月30日拂晓 ， 在最后牵制敌人的小部队安全渡河后 ， 日军才发现同古是一座空城 。

英、美盟国亦高度赞扬第200师在同古战役中的作用和能力 ， 称赞其是“世界上最精锐之部队” 。 英国《泰晤士报》称赞说：“华军以少胜众 ， 英勇果敢 ， 将使华军之战绩 ， 益增光辉 。 ”可见戴安澜师长当时的荣光 。