尽管第四百二十七团损失惨重，阵地被接连突破，但是他们依旧没有退缩，放弃抵抗，而是收缩兵力，重新构筑防线，阻挡日军进攻。
下午四点二十分，筱原诚一郎重新调整兵力，将预备队第一大队增调到前线，由第一大队大队长一并指挥第一中队，向第四百零六团阵地进攻，并抽调第十一中队作为预备队并保护炮兵阵地。步兵第十六联队主力继续进攻第四百二十七团阵地，争取全歼晋绥军。同时命令野炮兵第二联队向前推进到茹越口附近，为步兵提供火力支援。但是此时第一大队和野炮兵第二联队都不是满编状态，第一大队两个步兵中队都不在前线，野炮兵第二联队也只有一个炮兵大队抵达战场。之所以出现这种情况是因为独立第15混成旅团一部兵力被东条英机作为察哈尔派遣军的预备队留守大同，另有一部兵力被抽调到浑源方向直接支援平型关一线的大战。
此时茹越口战场形势是步兵第十六联队主力两个大队对阵第四百二十七团，以步兵第一大队携第一中队对阵第四百零六团。
日军兵力调整完毕后，很快就再次发起进攻。晋绥军拼死抵抗，以血肉之躯对抗日军铺天盖地的炮火，死守阵地，寸土不让。双方从白天一直打到晚上，战火始终未歇，阵地上尸横遍野，流血漂橹。
在第四百二十七团方向，当天晚上日军第二大队派出第五中队偷袭石楼子东北方高地，遭到晋绥军拼死抵抗，激战一夜，直到28日拂晓时分才攻占高地。第三大队进攻晋绥军阵地，屡屡失败，被晋绥军死死地挡在了地裂沟，寸步未进。于是后藤十郎命令第三大队利用黑夜掩护后撤至规口前。随后又命令第三中队运动到第二大队西侧，攻击石楼子东侧高地。第三中队迅速抵达战场，投入战斗，在晚上九点左右攻入石楼子东侧高地。经过一番近战搏杀，晋绥军虽然战斗英勇，不畏生死，浴血搏杀，可最终还是被日军击退，石楼子东侧高地失守。
第四百零六团这边，第一大队下午五点出发，前往战场与第一中队会合。双方会合后，第一大队大队长发现第一中队进攻正面空间狭小，兵力无法展开，于是命令第二中队由土巷村迂回进攻。第二中队进攻犀利，趁夜偷袭，打了第四百零六团一个措手不及，接连突破晋绥军三道阵地。战至晚上十点，第二中队占领了第一中队西侧高地。
第四百零六团遭遇日军夜袭，伤亡惨重，两个营长牺牲，连、排级军官更是多人牺牲，最终为避免全军覆没，不得已放弃阵地。梁旅长见第四百零六团战败，连忙下令第四百零六团团长重新收拢溃兵。整顿部队，在宋家窑前至茹越口之间的东西山上构筑防线，同时抽调一部预备队紧急增援第四百零六团。
梁旅长这边，面对岌岌可危的形势，心里也是焦急万分，不断研究着作战地图，试图寻找机会扭转战局。
白天的战斗中，日军的炮兵对前沿阵地造成了很大的破坏，晋绥军伤亡惨重大多也都来源于日军炮火杀伤。经过一番思索，梁旅长最终决定派出第四百零五团两个营的兵力绕到日军后方，摧毁日军大炮。
28日凌晨四点，第四百零五团潜伏到日军炮兵阵地附近，旋即向日军发起突袭。
在后方坐镇指挥的筱原诚一郎在听到茹越口炮兵阵地方向的枪声后，大惊失色。这时，筱原诚一郎又接到了野炮兵第二联队副官冈田少佐的求援，于是当即抽调部队前去增援。筱原诚一郎命令第十一中队、旅团通信队和旅团部卫兵增援炮兵阵地。没过多久，在后方的步兵第三十联队第二大队奉筱原诚一郎的命令抵达应县，随即就被筱原诚一郎派去消灭突袭炮兵阵地的晋绥军。
但是有句话说得好，远水解不了近渴，此时筱原诚一郎的各路援兵距离较远，一时无法赶到。因此第四百零五团的两个营一路突破日军多层阻拦，打得日军节节败退，炮兵阵地陷入危局。此时炮兵阵地上的日军兵力严重不足，即使再怎么骁勇善战，也挡不住晋绥军的突袭。
眼看着第四百零五团的突袭要取得胜利，上天再一次和晋绥军开了个玩笑。就在这节骨眼上，从前线撤下来的第三大队恰好赶到，得知晋绥军突袭炮兵阵地后，迅速从晋绥军后方发起进攻，与防守炮兵阵地的日军以及赶来增援的第十一中队对晋绥军形成夹击之势。第四百零五团被两面夹击，战局急转直下，战至凌晨五点半，两个营彻底被击溃。
然而对于这一切梁旅长这边一直不知道，自从第四百零五团出发后，整整一夜，他没有收到第四百零五团任何报告。
28日上午，心急如焚的梁旅长再也无法安稳坐在指挥部，决定亲自到前线了解战况。然而他不知道的是此时茹越口两侧一些高地已经被日军占领，这使得他陷入了危险之中。
梁旅长带着警卫排和几个卫兵沿着茹越口中间那条沟向着前线赶来。一行人很快就被一个高地上的日军发现，由于梁旅长身着少将军装，一下就让日军判断出这是晋绥军的指挥官。于是高地上的日军迅速调转机枪，朝着梁旅长猛烈开火。一阵枪响过后，梁旅长和七八个卫兵如同被割断的稻草一般倒在了血泊里。
梁旅长被日军机枪打中，当场牺牲，附近的第四百二十七团三营将士将这一幕完整的看在眼里。看到旅长牺牲，将士们愤怒至极，在三营营长指挥下，向着射杀梁旅长的日军高地发起了决死冲锋。经过一番惨烈的战斗，最终全歼高地上的日军，为梁旅长报了仇。
梁旅长牺牲后，第二百零三旅陷入群龙无首局面，指挥混乱，各部开始各自为战。
日军敏锐地察觉到晋绥军的变化，后藤十郎当即下令全线进攻。晋绥军抵挡不住，阵地接连失守，士兵死伤惨重。一番血战之后，第二百零三旅残部退守到铁角岭，茹越口失守。
上午九点五十分，后藤十郎下令乘胜追击，向着铁角岭发起进攻。同时，在后方的筱原诚一郎也下达了追击命令，并派出第三十联队等部协同步兵第十六联队一起进攻铁角岭。
下午一点，独立第15混成旅团主力抵达铁角岭，随即展开攻击。第二百零三旅残部依托阵地就地抵抗，然而终因双方实力悬殊，战至29日拂晓，铁角岭大部分阵地被日军攻占。
29日上午十点，铁角岭最高点2530高地被日军攻占，第二百零三旅残部死伤惨重，再也无力坚守，不得已全线后撤。
至此，茹越口方向阵地被日军彻底突破，繁峙县暴露在了日军兵锋之下。