为配合陆军作战保卫石牌，中国空军和美国盟军战机频频出动，在战场或战场附近对日军进行攻击，断敌增援和补给。在石牌大战的最后时刻，空军与地面部队联合作战，同日军飞机展开激烈的空战，提振了士气。
日军久攻石牌不下，损兵折将，信心完全丧失。到了1943年5月31日夜晚，战场上的枪炮声突然沉寂下来，进犯石牌的敌人纷纷掉头东撤。石牌要塞虽然历经烽火，但仍屹立在西陵峡之滨，固若金汤，如同一座铜墙铁壁。
相关数据显示，鄂西会战总共消灭日军2万余人，而石牌保卫战就消灭了7000余人。历时一个半月会战结束，中国军队最终以伤亡一万余人，歼敌2万6千余人，毙伤、缴获战马1千4百余匹，击落敌机45架，击毁汽车75辆，击沉敌舰艇122艘取得胜利。
胜利依靠"天时、地利、人和"
石牌保卫战过后就是势如破竹的追歼战，而石牌保卫战无疑是鄂西会战其中的关键一战。简兴安认为，石牌保卫战的大捷可以说是"天时、地利、人和"。
"天时就是1943年抗日战争进入战略相持阶段。日军兵力分散、双线作战，就像陷入一个巨大的泥潭，疲于奔命。地利就是石 牌地势险要，散布山间的江防炮，可以封锁相当长的江面。能够很好地发挥'诱敌深入至山岳地带，断其后路而歼灭之'的战术。人和就是军民团结、军民同心。" 简兴安说。
