En bilbomb exploderade av hotellet i Bulo-burde där Afrikanska unionen (AU) och somaliska officerare stannade och skottlossning fortsatte i ytterligare fem timmar, sade vittnen.
Sex soldater dödades, däribland en högsta somalisk armébefälhavare, sade AU.
Den al-Shabab Islamist gruppen sa att det var bakom attacken och att 30 AU och armé officerare hade dödats.
En talesman för den 22 000-starka AU-styrkan i Somalia (Amisom), överste Ali Adan Humad, sade att alla al-Shabab-stridande inblandade i razzian hade dödats, utan att ange siffror.
Al-Shabab, som är knuten till al-Qaida, har fört en åttaårig upprorsaktion för att störta den svaga FN-stödda regeringen och skapa en islamisk stat i Somalia.
BBC:s Ibrahim Ade i huvudstaden, Mogadishu, säger att al-Shabab hade ockuperat Bulo-burde i mer än fem år.
Staden, som har en strategisk bro över floden Shabelle och ligger vid ett vägskäl som förbinder olika regioner i landet, var en viktig bas för al-Shabab.
Bulo-burde tillfångatogs som en del av en pågående AU- och regeringsoffensiv mot al-Shabab, som kontrollerar stora delar av södra och centrala Somalia.
Kommunikationen till centrala Hiran regionen sjönk inte långt efter striderna och skottlossningen i Bulo-burde slutade, säger vår reporter.
Vittnena berättade för BBC bil explosionen på hotellet hände klockan 02:00 lokal tid (23:00 GMT) och striderna pågick till omkring 07:00.
Överste Humad sade att tre Djiboutianska soldater och tre somaliska soldater, däribland överste Mohamud Amin - militärbefälhavaren i Hiran som ledde offensiven i regionen - dödades.
Tio soldater blev också sårade, sade han.
Tidigare förnekade överste Humad att det fanns förluster när en amisomkonvoj anfölls nära dess bas i Arbiska utanför Mogadishu.
Al-Shabab hade släppt ett uttalande om att sju burundiska fredsbevarare och fem amerikanska medborgare som reste i fordonen dödades på måndag eftermiddag.
Den al-Qaida-kopplade gruppen förlorade kontrollen över Mogadishu 2011, men har intensifierat bombningar och granatattacker i staden under de senaste veckorna.
Förra månaden stormade al-Shabab-kämpar Villa Somalia, regeringssätet i Mogadishu, och dödade minst 11 personer.
Somaliska islamistiska fighters har attackerat ett hotell i en strategisk central stad militanta förlorade kontrollen av förra veckan.