配属了突击纵队准备营的46师攻击了几乎半天，又打退了日军59联队的一次反击，可以说27军方向的战斗有所减弱，双方都需要短暂休整，而在三义集的东郊方向，74军的攻势在午后达到了最猛。
对三义集日军核心阵地展开攻击，是由27军和74军共同负责的，74军攻击的主力是第51师，其发起攻势的时间要晚于第27军所部，为了加强攻击力度，经过协商，邱清泉将突击纵队下属的一个轻战车排配属给了第51师，用于攻击，51师的目标是三义集以东，以柴楼为核心的日军防御阵地，参加攻击的部队是51师下属151旅的302团。
在配属的三辆轻型战车到位后，302团对柴楼阵地发起了攻击，攻击之前难得的使用了山炮对日军阵地进行了炮击，团长纪鸿儒亲临一线指挥，302团所属的攻击部队很快以战车为前锋，对柴楼阵地发起了冲锋，柴楼附近的地势较低，日军一面占据了该地，同时又在制高点一带布防，防守可以说是相当严密，冲锋的302团在连排长打头带领下，猛冲了过去。
三辆战车为前锋，步兵在其后跟进，和绝大多数的国军一样，51师缺乏步坦协同的经验，冲锋的过程中步兵和战车之间的距离过远，而且部队中也以新补充的士兵居多。
51师在南京保卫战后伤亡惨重，补充了大量的新兵，武器上的缺口更大，中正式和进口的步枪补充不够，就只能补充汉阳造，士兵们有的拿着中正式，有的拿着比利时制造的步枪，还有的拿着发射七九圆头弹的汉阳造步枪冲锋，步兵冲锋的队形有些混乱的在战车后方展开。
突击纵队的三辆cv35战车冲在队伍最前方，三辆战车碾过地面，激起了一阵阵烟尘，发动机发出了十分难听的声音，突击纵队装备的这批意大利制造的cv35战车，是抗战前由意大利购买的，性能相当一般，说是差也不为过，装甲薄弱，和日军的九四式轻装甲车差不多，主要火力是两挺八毫米口径的车载机枪，威力有限，射角也有限，突击纵队装备这批坦克实在是属于缺乏装备的无奈之举，一个整排的战车，引导着步兵，冲向了柴楼附近的日军防御阵地。
柴楼阵地，日军在低洼处以步兵主力防守，经过加强的一个步兵大队一千余人驻守在这里，面对攻来的中国军队，日军如同往常一样，等待着中国军队进入开火距离，在日军阵地中央，还部署了两门九四式三十七毫米战防炮，中国军队冲锋的速度越来也快，战车距离日军的阵地也更近，一般情况下，日军的反坦克炮多在两百米距离内开火，九四式的杀伤力较弱，为了提高杀伤效果，日军指挥官特意下令延迟开火。
战车又走过了几十米，进入一百五十米距离内，日军反坦克炮组的指挥号旗迅猛落下，两门反坦克炮炮口爆发出了橘黄色的火焰，三七口径的反坦克炮弹朝着同一辆战车射去，击中了一辆战车，cv35薄弱的装甲顶不住炮弹，矮小的战车当场就被击毁。
“冲上去！”跟进的302团军官看到战车被毁，立刻下令步兵加速冲锋，将近三百名步兵加速冲向了柴楼阵地，反坦克炮开火后，日军开始以猛烈的火力攻击后续的国军步兵，轻重机枪和掷弹筒陆续开火，国军士兵们遭到攻击，冲在最前的官兵倒下了一片，其中不乏带队攻击的连排长们。
“散开！”队伍中的军官们组织士兵们分散开来，向前推进，剩余的两辆战车还在无畏的前进，车上的双联八毫米机关枪朝着日军的阵地上开火射击，车载机枪发射的子弹打中了日军阵地上的几个步兵，沿着通往柴楼阵地的大路上继续发起冲锋。
恢复了秩序的302团步兵们跟在战车身后，希望以战车为掩护前进，队伍中由老兵掌握的轻机枪停了下来，架设机枪，对日军的阵地开枪射击，捷克式轻机枪和战车上的八毫米轻机枪枪声交织在一起，夹杂着零星的步枪声，构成了302团的掩护火力。
302团步兵在连排长的组织下散开队形，在机枪火力的掩护下艰难前进，每前进一步都要付出伤亡，攻击的过程中两辆战车陆续遭到攻击，被击毁在日军的阵地前，战车的不断冲锋，为的就是尽快攻进日军阵地。
“活捉土肥原！”
302团队伍中的一名连长高喊道，攻击的部队逐渐接近了日军的主阵地，，前方日军低洼的柴楼阵地就在眼前，受到鼓舞的士兵们冲过了战车的残骸，冲向了日军低洼的主阵地。
日军的主阵地较为低洼，可在两翼相对高耸的地带，日军却狡猾的将两个重机枪中队和两门步兵炮布置在了此处，并且一直没有开火，看见中国军队冲向了低洼处的主阵地，布置在高耸地带的重火器突然开火射击，冲锋的中国军队近半数暴露在了重机枪的枪口下，一时间枪炮齐发，302团的士兵们眼看着就要冲入阵地，却遭到了从侧翼打来的枪炮攻击。
将近三分之一的人倒在了突然开火的日军重火力下，只有部分老兵冒着死向日军阵地投出了手榴弹，手榴弹给日军造成了不大的伤亡，在日军的伏击火力下，进攻的302团步兵伤亡惨重，在步兵