老首长火气未消，一拍桌子：“牺牲再大，也得将冈崎大队给我消灭掉！”。三八六旅旅长也向首长请求：“决死队干部绝大多数都是青年知识分子，很可爱，在第一、第二阶段的战役中，25团、38团负伤的已有1570人，牺牲的也有500多人。这次围歼战是阵地攻击战，是个硬仗。为了保存决死队主力，这次战斗可否免去这两个团的任务？”
首长也没有同意，战斗继续进入白热化。八路军各路进攻部队遭到了鬼子的有力阻击，损失很大，其中担任主攻的第772团第1营仅剩80余人。战事呈胶着状态。战至次日晨，关家垴仍未攻下，而武乡、辽县之日军2500余人已经出动，试图围歼129师主力。
老首长怒气冲冲地吼道：“一定要赶在敌人的援兵到来之前给我拿下关家垴！”，军令如山，部队立刻调整部署，重新组织进攻。三八六旅负责主攻任务的七七二团向关家垴上的敌人连续攻击18次，肉搏多次，均未能攻下关家垴，最后，旅长派人将正在休整的独立一团，李云龙的部队给调到了关家垴，李云龙接到命令后就带着部队赶到关家垴，他立即命令工兵部队，从山下部挖洞通向垴顶。工兵部队轮班作业，经过一夜一天不停的挖掘，一个通向关家垴顶的通道打通了。冲锋部队在火力掩护下，从土洞登上了垴顶。战士们用大刀、手榴弹、炸药包逐个地堡消灭负隅顽抗的鬼子。最后鬼子两个大队长也双双被我攻击部队击毙终于攻上了关家垴山顶，这伙鬼子终于被八路军给彻底德尔消灭了。
这时由黄崖洞方向来援的鬼子1500人已逼近。老首长看到关家垴被围之敌已被歼灭，来敌人数又过大，为保持主动，再寻有利战机，便下令部队撤出战斗。就在八路军撤走后，鬼子对关家垴周围地区进行了疯狂报复，屠杀了周围的数千群众。
成功守住了黄崖洞兵工厂的三营并没有同其他的兄弟部队一起参加攻击关家垴的任务，他们在击退鬼子的攻击后就奉命守护在这里，保证兵工厂地安全。此次作战虽然成功地击退了鬼子的进攻，但是，三营地伤亡也是不小，这对于刚刚恢复元气的三营来说不是一个好消息。李新民接受任务后就更是加强了对战士们的训练。此次战斗使三营的名气更是提高了不少。三营的射击水平及战斗力更是在参谋长及兄弟部队的面前完全地展示了出来，超强地射击水平及战斗力更是使得大家对三营心生敬佩感。战后总有一些战士来三营找人教授自己射击等。从此大家都知道三营各个都是神枪手。