但为时已晚，五福涧以北5公里的兑山于这一天的中午时分，被37师团中央挺进队占领，从五福涧过黄河南撤的路被封锁了。与此同时，在马村的集团军总部与第3军的联系突然中断。第五集团军总司令曾万钟率领的集团军总部在马村遭遇日军挺进队突袭，负责守卫的特务营损失惨重，大小行李丢失，关键是无线电班失散，曾万钟失去了对部下的指挥联络。9日这天，80军新编27师溃散，师长王竣、参谋长陈文杞战死，副师长梁希贤跳河自杀，80军作为具有作战能力的单位已经不复存在。
此时唐淮源可以掌握的部队只有12师的两个团，他有两种选择，一是按预案向敌后转进，或者按照卫立煌命令向五福涧渡口靠拢。唐淮源选择了后者，因为他还想去救出老上司曾万钟。唐淮源率领可以控制的12师残部于第二天向东出击，在温峪一带与前一天袭击马村总部的日军遭遇，打了一天，34团团长张正书负伤，营长向国贤阵亡。没能解救曾万钟，唐淮源反而遇险，他率领部队边打边撤，好不容易在这天下午摆脱日军纠缠，与公秉藩的34师会合，此时天空中飘起了雨。
也就在唐淮源所部奋力摆脱日军之时，日军37师团中央挺进队与41师团大庭挺进队在五福涧以东2公里的高崖上联络成功，对第五集团军的包围圈彻底合拢了。向渡口突围的企图已经破灭，唐淮源可以掌握的部队也已不多；而且一个更严重的问题正向他们袭来，因为部队粮食补给是每日一次，此时已经打了4天，早已断炊，可谓人困马乏。
唐淮源
唐淮源、寸性奇殉国
5月10日夜晚，中条山一片凄风冷雨，唐淮源只得面对现实，他把第12师师长寸性奇、34师师长公秉藩以及第7师师长李世龙招到架桑镇附近一座大庙里开会，外面飘着雨，会场灯火昏暗，会上唐淮源下达了以团为单位分散突围的命令。当师长们要离开时，唐淮源用他那浓厚的云南口音说道：“中国军队只有阵亡的军师长，没有被俘的军师长，千万不要由第3军开其端。”第12师师长寸性奇以治军严整著称，他对部下说：“诚如军长言，吾侪今日惟奋力杀敌耳！枪在手，剑在腰，不令为贼服也。济则为国争光，不济以死继之。”
第二天晨，唐淮源与寸性奇一起先走东交口，被日军阻击，战至日暮，又转至河东村。夜幕降临，雨下得越来越大，12师及34师残部仍然奋力向东突围，与日军在徐家山与胡家峪一带展开激战，这个夜晚寸性奇负伤。
到了12日天亮的时候，唐淮源率领不多的部队来到县山，这里还有一些第3军残部在战斗。连长王雅斋毕业于黄埔军校第十六期，他率领全连打剩的三十多人就在县山。开战多日，王雅斋和他的弟兄们没吃过一顿正经饭，饿了就撸一把树叶填进嘴里，见了死马，就用刀割一块肉吃。
王雅斋在县山上守卫着自己的军长，大概中午12点多钟，王雅斋正率手下蹲在山顶，阻击一道小沟内的日军。他看到唐淮源在十几米外的地方打着雨伞拿着望远镜瞭望，过了一会儿转身进入小土庙。周围枪声不断，日军不断向山顶发起攻击，王雅斋再没留意军长。唐淮源屏退左右，独自一人坐在庙里，四周凄风冷雨，日军正朝山顶步步紧逼，唐淮源拿笔写下遗书，举枪射向心脏，自杀殉国，时年55岁。
寸性奇
辎重营长金绍孔发现了唐淮源的遗书，上面写道：“余身受国恩，委于三军重任，当今战士伤亡殆尽，环境险恶，总军两部失去联系，余死后，望余之总司令及参谋长收拾本军残局，继续抗战，余死瞑目矣。”国民政府发布褒扬令，将唐淮源生平事迹存备宣付史馆，以彰英烈。
13日黎明，寸性奇与日军在毛家湾遭遇，其左腿被炸断。他一面要团长黄仙谷等突围快走，一面留下遗言：“我腿已断，不必管我；我决心殉国，以保全人格。”言毕，用最后的力气拔剑自杀！第3军作为一支建制部队至此不复存在。
在西线歼灭第五集团军的同时，十四集团军也危在旦夕。但因为不是日军重点打击对象，各军仍能寻到一些缝隙跳出包围圈，损失并不如第五集团军惨重。
黄河以北最大根据地丢失
日军战史把6月15日作为战役结束之日，是日，中条山内已无成建制国军。根据国府统计损失包括8个将军在内的13751人，日军宣布俘虏35000人，实际上国军损失约7万人。日军宣称战死673人，负伤2292人。
这样一场败仗形成的原因也是多方面的。首先是敌人的强大，6个师团4个旅团，10万之众，是日军进攻中条山十三次行动中兵力最雄厚的。另一方面国军的备战也十分不力。首先是调走强军，在中条山支撑两年、号称中条山台柱子的第四集团军孙蔚如部和川军47军。其次，中条山条件极其艰苦，方圆数百里大山，出产贫瘠，根本养活不了十几万人马。
国军在部署方面轻视纵深阵地，战略要点以及渡口的防御，一点突破全盘崩溃。国军的通讯也成大问题，在战后总结中强调，第五集团军司令部被日军“斩首”后，与下属通讯中断，导致严重后果。虽然战败，但国军将士仍然涌现许多可歌可泣的事迹，多达8名将领战死或自杀，特别是唐淮源军长自杀殉国，体现了中国人宁死不屈的铮铮铁骨。
中方称为中条山战役，日方称为中原会战以国军惨败告终。国军在黄河以北最大一块根据地不复存在，对战局产生了深远的影响。首先，千里黄河防线北岸再无缓冲，完全暴露在日军面前，3年之后，日军得以毫无阻碍地渡过黄河发动豫湘桂战役；其次，日军华北方面军没有了后顾之忧，第二年，日军展开“五一”大扫荡，使八路军遭受严重损失，直到1944年豫湘桂战役发动，日军主力调走才缓过劲来；最后一点，黄河以北大片领土再无国军身影，也为共产党八路军发展力量腾出更大的空间。
