与此同时，大同的日军得知朔县被中国军队收复后，恼羞成怒，当即派出一个满编步兵中队配属一个步兵炮小队乘坐汽车由大同出发，直扑朔县。
下午5点，日军抵达朔县东北境内，遭到了785团一营的伏击。
此处地形是一片丘陵，公路从中间如同一条蛇一般蜿蜒穿过。这是从东北方向到朔县的必经之地，吴青经过勘察后，命令高大壮率领一营在此设伏，拦住东北方向过来的日军。
朔县的北面是平鲁县，已经被八路军雁北支队收复，西面是神池县，尚未沦陷，南面则是宁武县，也已被八路军收复，唯有东北方向的山阴县还在日军手里。
这支日军乘坐汽车24辆，浩浩荡荡开来，防御很是松懈。他们是隶属于东条英机的察哈尔派遣军，与板垣征四郎的连连受挫不同，他们一路上除了在天镇遭到李服膺部的顽强抵抗外，其余地方基本上是一战而下，以横扫千军之势迅速占领了晋北以及绥东地区，因此他们丝毫不将中国军队放在眼里。
高大壮看到日军一头扎进伏击圈后，当即下令开火。
霎那间，公路两侧制高点上枪炮齐鸣，无数颗子弹如同暴雨般倾盆而下，密集的火力将日军车队完全笼罩。
猝不及防的日军纷纷跳车躲避，结果一下车又踩响了公路两边的地雷，登时被炸得人仰马翻，死伤惨重。不过日军毕竟训练有素，很快就稳住了阵脚，并根据战场情况发起了反击，试图沿着公路向前冲出伏击圈。然而日军冲锋没几步，就纷纷踩响地雷，十几名士兵当场被炸得血肉模糊。原来高大壮为了防止日军不管不顾沿着公路突进，在伏击圈底部公路上布置了一个地雷阵。日军中队长见状，便下令向后突围。
高大壮将日军的动作尽收眼底，他又岂能让日军逃出？只见高大壮留下副营长指挥战斗，自己带着一个排增援负责切断日军退路的三连。
双方顿时爆发血战，疯狂的日军发起决死冲锋，遭到三连密集火力的扫射，一个接一个倒在冲锋路上。但是三连在日军凶猛的攻势下，也付出了不少的伤亡，尤其是机枪手，更是遭到日军掷弹筒的重点打击，相继哑火。
激战大半个小时，日军的突围最终以失败告终，三连防守的制高点前，躺满了日军尸体。此时负责全局指挥的副营长见日军死伤大半，大势已去，当即下令全营冲锋，分割包围残余日军，将其彻底歼灭。随后一营以雷霆万钧之势冲下公路，对残余日军发起最后的进攻。
高大壮一马当先，如同张飞在世，挺着刺刀一口气连杀四五名日军，大大鼓舞了一营将士们的士气。战士们奋勇当先，不断将日军分割包围、消灭。日军引以为傲的刺刀三角阵型被战士们纷纷破解，困兽犹斗的他们最终被全部消灭。
大同方面得知派去的部队被消灭后，当即再次派出一个步兵大队携带一个山炮中队再次进攻朔县。
吴青、罗广文率部依托地形顽强阻击，牢牢地将日军挡在了朔县城东十公里的位置不得寸进，为李宏撤退争取了大量时间。
朔县的李宏争分夺秒，终于花了三天时间完成了撤退，将朔县百姓连同物资全部撤回。
等到日军再次占领朔县时，得到的只是一座空城，气急败坏的日军出城追击，却遭到吴青、罗广文的阻击，除了徒增伤亡外没有任何收获。