老河口作战是日军的称谓，以攻占及毁灭老河口基地为目的;按战场地域，国军则称为豫西鄂北会战，即以第5战区主力的鄂北战场和以第1战区为主力的豫西战场。与芷江作战惊人类似的是，日军均采取东、南、北三个方向合击，其中都以东路为主力，南路为策应战场，北路则牵制佯攻。国军则均实施后退决战，以消耗敌有生力量，集中嫡系主力在东路战场决战，形成围歼之势，同时反击北路之敌，并与敌展开南路战场的反复争夺。
日军骑兵第4旅团虽于3月27日攻占老河口机场，但早在3月25日，中国空军将停放机场等待修理的几架轰炸机及战斗机焚毁后，空军第3大队全部撤离老河口，大队部及第8、32中队均于月底转驻陕西安康，与原在该基地的第7、28中队会合。姗姗来迟的日军仅得到破坏的机体9架、发动机6台、螺旋桨6架、获得汽油490桶(每桶180升)。4月8日，最终在接应的115师团加强攻势下，老河口失陷，守军125师主力及127师、123师364团主力等部奉命撤退。老河口的陷落，大大刺激日军加快进攻芷江的步伐。第二天，驻湘的20军发起芷江作战。
此战历时72天，日军以损失1.6万人的代价占领豫西并控制老河口空军基地，基本实现战争目的。蒋介石国民政府军队集中7万之众抵抗，歼敌第一〇一师团联队长以下4000人。双方激战8天，日军攻陷老河口。至4月中旬，日军除占有西峡、老河口外，余均退出。日军攻占老河口基地虽然使其豫鄂方面受空中威胁大减，但由于蒋介石国民政府军队一个师在老河口失陷前向西突围，并将机场设施加以彻底破坏，使得基地遭破坏后价值大减，日军等于毫无所获。
豫西鄂北会战是八年抗战之中，22次大会战的最后一次会战。尽管建立“亚洲大帝国”梦想还没有最后散尽，但日本军队在太平洋战场连吃败仗，海、空力量损失殆尽，深陷中国战场的日军正面战场经过1944年以来的豫中会战、长衡会战、桂柳会战、豫西鄂北会战、湘西会战等一系列会战之后，已经实力大减，行将溃散，中国国内日益高涨的抗日热情已成燎原之势，豫西鄂北会战落下了八年抗战最后胜利的帷幕。