22日夜半、本荘に移された本営で作戦会議が開かれた。熊本城攻撃をこのまま継続するかどうかを話しあい、当初は篠原の強行策継続が決定したが、遅れてきた野村忍助が反対し、西郷小兵衛や池上四郎らも同調し、会議は紛糾してしまう。桐野は西郷に決を求め、西郷は強行中止を決断。熊本城を包囲する一方、残りは北上して小倉を強襲することが決定する。23日に6個小隊が小倉へ向けて出発した。総勢1800名は2手に分かれて植木方面に進出するが、対する乃木の歩兵第14連隊は未だ兵力は完全に集結しておらず、手元には700名ほどしかなかった。木葉で展開する歩兵第14連隊は8時30分頃より優勢な薩軍と交戦を開始し午後1時頃までは互角に戦っていたが、薩軍右翼の1隊が遠く南回りに回り込んで第14連隊の右翼を脅かした事で連隊は劣勢となる。それでも夕刻まで持ちこたえた第14連隊は夜陰に乗じての撤退を開始するが、木葉山を大きく迂回してきた薩軍が側面を襲ったことで部隊は総崩れとなり、第14連隊は木葉川を越えて寺田山へと退却する。この戦いで乃木は第三大隊長であった吉松秀枝少佐など多くの部下を失っている。植木、木葉で立て続けに勝利した薩軍では一気に第14連隊を追撃して進出すべきとの意見も出たが結局は植木まで兵を引いてしまう。更に熊本城強行策を捨てきれない篠原や別府らの隊は、23日も引き続き熊本城攻撃を続行。砲隊も加わり翌24日も攻撃を続行するが戦果ははかばかしくなく、結局包囲を池上隊3000名で実施しつつ、桐野隊が山鹿方面、篠原隊が田原方面、村田隊別府隊が木留方面に進出し、南下してくる政府軍主力を待ち構える事となり、小倉への電撃作戦は失敗した
14日の会議で熊本籠城が決まり、これに合流することを命じられた乃木希典少佐は17日に帰着後、先発して2個中隊（第一大隊の第三第四中隊)を熊本に先行させる。中隊は19日には熊本城に到着し籠城戦に参加することになる。乃木は準備のできた第三大隊を率いて19日に2方向から南進を開始し、22日に高瀬に到着した。そこで熊本の方向に遠く白煙があがるのが見た乃木は60名ほどの兵を率いて先行し植木に向かった。午後になって歩兵第14連隊の進出を聞いた薩軍は、午後3時に村田三介・伊東直二の小隊を植木に派遣した。午後6時ごろ、山鹿方面から来た第四中隊と合流した乃木は植木の西南に進出して薩軍を待ち構えた。午後7時、先行してきた村田隊が乃木率いる200名と交戦し撃退される。しかし後続の伊東隊が加わると薩軍の兵力は乃木らの倍近くとなり形勢が逆転。更に一部が乃木らの後方に回り込もうとしたことで退路が断たれる恐れが出たので、乃木は後方の千本桜まで後退する事を決断する。しかし夜間の撤退戦は混乱を生み、この間伊東隊の岩切正九郎が歩兵第14連隊の軍旗を分捕る事態が起こっている。こうして勝利を収めた薩軍だが、村田隊・伊東隊双方とも疲弊しており、乃木らを追撃することなく引き上げてしまう。
22日夜明け前、薩軍の熊本城攻撃は池上隊への鎮台側の砲撃から始まった。池上隊2000名は千葉城の堡塁や京町口の埋門を攻撃したが鎮台側の激しい砲撃で堡塁の一塁も抜けず、県庁付近に肉薄した桐野隊800名も撃退されてしまう。城の西端藤崎台の西の段山は城内へ突入する際の有力な橋頭保となりえた為、薩軍は篠原、村田、別府の各隊計3000名が殺到したが、鎮台側も精鋭の歩兵第13連隊第三大隊(大隊長：小川又次大尉)など強固な防御態勢を敷いて応戦。この日最大の激戦となった段山の戦いは10時ごろに薩軍が多大な犠牲を出しながら占領に成功する。薩軍は段山の山頂から猛射を浴びせ鎮台側に多くの損害がでてしまい、11時頃には同地で指揮をしていた歩兵第13連隊長の与倉知実中佐が狙撃され、翌23日に死亡している。それでも鎮台側は薩軍の猛攻に耐え、こうして熊本城攻撃の初日は薩軍は鎮台側の予想外の奮闘で城郭の一角にも取り付くことが出来ないまま攻撃を終えた。
1976年（昭和51年）12月25日、岩野見斎退任〔一期〕の後を受けての市長選挙に立候補し、四日市の旧家の家柄で外国語学院経営の伊達則彦、日本共産党候補の水野修二、安藤素滋（無所属）を破り、市長に当選。加藤が51782票、伊達が40687票、安藤と水野が4000票台であった。 所信表明では、社会情勢が高度経済成長から安定成長へ、また無制限な開発から規制による秩序ある開発へ、さらに産業優先から人間尊重・福祉優先の時代へ移行している認識に立つこと、石油危機による経済不況に回復の遅れと税収の伸びが停滞しており財政面での倹約があるものの、地方自治とは市民生活そのものであり、福祉都市四日市の建設のために、人間尊重の理念と対話や協調のある地域社会づくりをすることを述べ、「福祉行政の充実と社会弱者の救済」「教育文化の振興と青少年の育成」「生活環境の改善、特に下水道の整備と河川改修などの排水対策」「活力と魅力ある都市行政の推進」「基本構想たる都市構想の推進」の5点を重点政策として掲げた。1980年（昭和55年） 2度目の市長選挙で、日本共産党の馬場久勝との一騎討ちに86％の圧倒的な得票率で勝利した。以後橋本茂・水野修治などの日本共産党候補対加藤の図式に勝利した。1981年（昭和56年）12月、中央公害対策審議会の委員となり、1983年（昭和58年）7月、全国市長環境保全対策特別委員会の委員長となる。1987年（昭和62年）2月4日には、公害健康被害補償法の改正案（四日市ぜんそく被害の四日市市内の大気汚染による四日市公害病認定制度の廃止）に対し、反対しない意見書を首相中曽根康弘に提出した。1989年（平成元年）7月、電源立地促進功労者として通産大臣表彰を受ける。1991年（平成3年）5月、石油基地自治体協議会会長となる。1993年（平成5年）6月5日、国際連合環境計画（UNEP）よりグローバル500賞が授与された。1995年（平成7年）9月、四日市市議会は加藤寛嗣市長の提案を受け快適環境都市宣言の採決を議決した。1997年（平成9年）の市制100周年に向けた記念事業を推進し、四日市ドームの建設などを行った。1996年（平成8年）12月23日 の任期満了をもって、5期20年の四日市市長の職を引退した。前年より腹部大動脈瘤で手術を行うなど入退院を繰り返し、1996年6月7日に正式に退任を表明していた。