当日军进入伏击地域后，杨得志团迎头截击，首先打乱了日军队形。日军清醒过来，拼命地想占领制高点。杨得志立即派通信员向各营传达命令：“附近的制高点一个也不准鬼子占领”这时，刘正已指挥第一营把公路上的日军切成了几段。他接到命令后，马上指挥第一连和第三连向公路边上的两个山头冲去。山沟里的日军也在往山上爬，可是不等他们爬上去，第一营的两个连队反冲下去，一顿猛砸猛打，把这股日军大部分消灭。第四连行动稍慢一步，被日军抢先占了山头。连长在冲向山头时负伤，第一排排长主动代替指挥。他用两面夹击的办法，很快把山头夺了回来，将日军重新逼回沟底。
正当杨得志团与日军反复争夺制高点时，两架日机顺着公路来回盘旋。但双方部队交错，日机无法扫射和投弹，只好飞走。
最激烈的白刃战在杨得志团曾国华营和梁兴初营的阵地上展开。曾国华营第五连连长曾贤生，外号叫“猛子”。战斗打响前，他就鼓动部队说：“靠我们近战夜战的光荣传统，用手榴弹、刺刀和鬼子干，让他们死也不能死囫囵了。”他自己作战真是够猛的，发起冲锋后，他率先向日军突击。二十分钟内，全连用手榴弹炸毁了二十多辆汽车。在白刃格斗中，他一个人刺死十多名日军。他浑身是伤是血，一群日军向他逼近，他就拉响最后一颗手榴弹，与日军同归于荆连指导员也身负重伤，仍在指挥部队。排长牺牲了，班长顶替；班长牺牲了，老战士接替指挥。就这样，前仆后继，打到最后，全连只剩三十多人，还是顽强地打击日军。
梁兴初营的第九连和第十连，冲上公路后伤亡已经很大，依然勇敢地与日军拼杀，一以当十，子弹没了就用刺刀，刺刀弯了就用枪托，枪托断了就和日军抱在一团扭打，或者用石块将日本兵的脑袋砸碎。
李天佑团是侧击的主力。据李天佑战后回忆，他们团几乎与杨得志团同时展开攻击，把拥塞在公路上的日军打得人仰马翻。正在战斗最为激烈的时候，一个参谋大声招呼李天佑：
“团长！团长！师指挥所通知，要你去一趟”
“师首长要我去？好。”
当时第一一五师有两个指挥所，林彪和聂荣臻各负责一个。李天佑去的是林彪的指挥所，就在李天佑团右后侧的山坡上，距离约五百米。李天佑一路跑步过去，到师指挥所一看，林彪等人都在，气氛也不是很紧张，李天佑就放心一些。林彪对他说：“沉着些。敌人比较多，比较强，战斗不会马上就结束的。”然后，又指着硝烟滚滚的战场说：“看到了吗？敌人很顽强。”
顺着林彪手指的方向望去，公路上的日军正在凭借汽车屏障顽抗，组织兵力抢占有利地形。随后，林彪又说：“你们一定要冲下公路，把敌人切成几段，并以一个营抢占老爷庙。拿下这个制高点，我们就可以居高临下，把敌人消灭在沟里。”
“看！有几个鬼子正往老爷庙爬呢”李天佑有些着急了。
“是啊！你们动作要快，慢了是不行的”
“明白了”
“好，去吧，要狠狠地打”
李天佑回到团里，战斗更加激烈了。他传达了师长的指示。随后，除李天佑以外，几位团领导都下到营里去。李天佑命令右侧山上的第三营向老爷庙冲击。
山谷中，杀声震天。八路军勇猛地向公路冲击。日军确实凶狠，枪法也准。他们不顾伤亡，利用汽车和沟坎顽抗，机枪打得嘎嘎响。李天佑在望远镜里看到，八路军的火力压不住日军火力，冲上去的战士一个又一个倒下。官兵们还是前仆后继地冲锋。日军也不示弱，一部分日军不久便占领了老爷庙，形势对李天佑团十分不利。
攻击继续进行，八路军战士接二连三地倒下。军人随时准备着牺牲，紧急关头更不能退缩。李天佑咬咬牙，再次下令：“三营长，不要怕伤亡！猛冲，一定要拿下老爷庙”“是！保证完成任务”周骸宾坚定地回答。
“老李，指挥所交给你，我跟三营一起上去。”刚刚回到团部的杨勇对李天佑说，随后便与周骸宾营一起向老爷庙方向冲去。李天佑则组织侧翼连队加紧攻击，吸引日军火力，支援第三营冲锋。
山沟里硝烟弥漫，响声震耳欲聋。周骸宾营的官兵们钻进烟雾，往前跑，往前爬，往前滚，终于冲上了公路，同日军白刃格斗。枪托上下飞舞，大刀寒光闪闪。战士们面对强敌毫不畏惧，奋勇拚杀。
在周骸宾营向老爷庙日军发动进攻的同时，李天佑又命令第十二连副连长王培根带领一个排，抢占东面公路拐弯处的小土地庙，控制有利位置，打击后面跟进的日军大车队。王培根带着第三排冲过去，占领了小土地庙，截住了老爷庙至兴庄的八十多辆大车。
李天佑团正在激战，有人报告团部，周骸宾营伤亡很大，冲上公路后，第九连的军官差不多打光了，全连只剩下十多人。李天佑当即打电话问周骸宾：“你们怎么样？还能打吗？”
“保证完成任务”周骸宾还是那句话。
日军虽然作战顽强，但似乎不大明白山地作战的特点，除了用一小股兵力抢占老爷庙外，其他大部分日军始终挤在公路上顽抗。李天佑团的部分兵力冲过公路，直奔西侧的老爷庙。这样，在第二营的积极支援下，周骸宾营终于占领了老爷庙制高点。