援军的到来让联军士气大振，张伟决定发起全面反击，彻底将日军赶出爪哇岛核心区域。他将爪哇师、荷军残部、美军游击队和兴南援军整合为三路大军，制定了详细的反击计划：
东路军由兴南援军与爪哇师第4团组成，向爪哇岛东部的泗水推进，目标是收复被日军占领的泗水油田和锡矿，确保战略资源安全；
西路军由爪哇师第1团、第2团与荷军残部组成，反攻雅加达周边地区，彻底肃清日军残余势力，巩固西部防线；
中路军由爪哇师第3团与美军残部队组成，向爪哇岛南部的万丹省推进，切断日军的海上退路，将日军包围在爪哇岛北部。
8月25日，全面反击正式打响。东路军在兴南“雄狮”III型坦克集群的掩护下，向泗水发起猛攻。日军在泗水部署了第38师团一部约1万人，依托油田与锡矿的工事进行抵抗。兴南坦克集群横冲直撞，摧毁日军的碉堡与反坦克炮阵地；155mm榴弹炮精准打击日军的集群目标，日军的防线被逐一突破。华人自卫军的士兵们紧随坦克之后，逐街逐屋争夺，与日军展开巷战。经过三天三夜的激战，东路军成功收复泗水市区，歼灭日军8000余人，确保了锡矿和油田的安全，恢复了战略资源的生产与供应。
西路军在反攻雅加达周边地区时，遭遇了日军的顽强抵抗。日军残余部队依托郊区的村庄与工事，与联军展开拉锯战。华人自卫军的士兵们采用“逐个击破”的战术，先清除日军的外围据点，再向核心区域推进。荷军残部则负责肃清市区内的日军残兵，双方协同作战，进展顺利。经过五天五夜的激战，西路军彻底肃清了雅加达周边的日军残余势力，日军第16师团残部向万丹省逃窜。
中路军在向万丹省推进时，采取了“迂回穿插”的战术，避开日军的正面防线，深入日军后方。美军率先破坏了日军的通讯设施与运输公路，切断了日军的补给与退路。随后，中路军主力对万丹省的日军据点发起猛攻，日军在孤立无援的情况下，抵抗意志崩溃。中路军在万丹省的港口附近设伏，击沉日军运输船3艘，歼灭日军残余部队5000余人，彻底切断了日军的海上退路，完成了对日军的包围。
9月5日，随着万丹省最后一处日军据点被攻克，爪哇岛会战正式结束。这场历时两个多月的惨烈战役，联军共歼灭日军5万余人，击毁坦克80辆、飞机60架，缴获步枪3万支、火炮100门、子弹500万发，以及大量的军用物资。华人自卫军爪哇师付出了伤亡1.2万余人的沉重代价，荷军残部伤亡8000余人，美军残部伤亡600余人。
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