1943年5月，宜昌失守，戰時陪都重慶陷入危機之中，看到入峽西進希望的日本人也立即組織其湘西會戰，企圖打破重慶的江防！此時，石牌地區成為了重慶唯一的屏障，一旦被攻破，則重慶有累卵之危。蔣介石指出，石牌乃中國的斯大林格勒，是關系陪都安危之要地。而湘西會戰也進入最後的決戰時刻！
作為山地戰專家，胡琏當仁不讓的成為了這一戰的實際指揮者。早在大戰爆發前，他就利用石牌一代的地形優勢，修築了很多防禦工事，形成了一種可進可退的陣勢。他還用修改地圖迷惑日軍、建立伏擊圈和阻擊線的方法阻擋日軍的進犯。
1943年5月24日，日軍在突破石牌外圍防線後，準備對石牌要塞發起進攻。5月28日，日軍派出兩個師團向石牌要塞推進，并在5月30日開始了對石牌要塞的強攻。
此後，18軍第11師官兵在師長胡琏的率領下，在大小高家嶺與日軍展開慘烈的白刃戰，并且在八鬥坊的戰鬥中重創日軍；空戰中，中國和美國的空軍曾經在戰鬥關鍵時期擊落數架日軍戰機，長江之上，守衛炮台的100餘名海軍官兵也沉着應戰，有效遏制了日軍軍艦的入侵。
到了5月31日夜晚，戰場上的槍炮聲突然沉寂下來，進犯石牌之敵紛紛掉頭東逃。石牌要塞雖曆經烽火，但仍屹立在西陵峽之濱，固若金湯，如同一座銅牆鐵壁。此次石牌大戰，我軍打死打傷日軍達7000人，繳獲器械無數。
石牌保衛戰是抗戰的重大軍事轉折點，西方軍事家譽之為“東方斯大林格勒保衛戰”，甚至被西方軍校寫入了教科書。