6日夜，日军发现黄土岭西北有八路军活动，感到情况不妙。7日清晨，阴雨绵绵。阿部规秀率部冒雨从黄土岭出发，向上庄子、寨头方向边侦察、边交替掩护前进，以避开八路军主力，绕道返回涞源城。但他没有想到也没有发觉就在其行进的两侧高地上埋伏着八路军的数千名官兵。7日15时，当撤退的日军全部离开黄土岭村陆续进入八路军设伏阵地时，第1团和第25团的一个营迎头杀出，第3团和第3军分区第2团分别由西、南、北三面包围过来，猛烈展开攻击。日军受到突然打击，急忙抢占上庄子东北高地，并向寨头阵地反扑，企图冲出包围。于是，双方展开了激烈的山地争夺战。
16时许，第1团团长陈正湘、政委王道邦发现在黄土岭与上庄子之间的一座独立家屋附近，有多名腰挂战刀的日军指挥官在活动，便命令配属于该团的分区迫击炮连，对准目标轰击。原来这正是日军的指挥所，独立混成第2旅团旅团长阿部规秀中将，当场毙命。经数小时激战，日军被歼过半，其余数百人被压至上庄子附近的山沟里。当晚，由于各攻击部队联络困难，协同不易，遂一面巩固已占阵地，防敌逃跑，一面以小部队袭扰疲惫之敌，准备次日再行攻击。是夜，残余日军连续突围十余次，都被击退。
与此同时，驻涞源、蔚县、易县、满城、唐县、完县的日军第110、第26师团及独立混成第2旅团余部，分路速向黄土岭方向增援。各县游击队奉命广泛开展袭扰活动，牵制、迟滞了这些增援日军的行动。
1939年11月8日我军使用重机枪向日军猛烈开火
8日，被围日军在5架飞机掩护下，倾全力向上庄子西北方向突围。第1团和第25团一部将突围的敌人压制在上庄子西沟。残敌主力约400人，突围到上庄子西北山头后，继续向司各庄方向逃跑。第2团当即从右翼、第3团从左翼迂回追击，与该敌展开激战。特务团亦及时赶到，从左翼投入战斗。在给突围和被围日军再次杀伤后，晋察冀军区和第120师首长判断续战于已不利，遂决定撤出战斗。
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