从老窝村出发，沿着羊肠小道隐蔽地进入黑石头沟。此沟北高南低，沟底净是被山洪冲积的乱石，沟南端是一座石拱桥，公路顺沟穿过。部队埋伏在沟西的山上，十一连靠近石拱桥，负责扼住“咽喉”部位，断敌退路。
胡觉三和连长宋发富安排好各班排的伏击位置，把全连的轻机关枪集中摆在山头，而后下到各班排逐个地检查战斗准备情况。胡觉三一遍又一遍地提醒战士们：“这是对日作战的第一仗，一定要打出威风来！”战士们的情绪都很高，手榴弹揭开了盖，子弹压进了枪膛，刺刀拔出了鞘，许多同志还把当红军时用的大刀背了来。在阵地后面埋锅做饭的炊事员们也全部上了阵地，他们说：“打鬼子，人人有责。这是第一次同日军交手，不参加，心里不好受！老大哥部队在平型关战斗中让鬼子吃了大苦头，这回也叫鬼子尝尝咱们的厉害！”看到战士们斗志这么高，胡觉三放心了。按照以往打仗的习惯，胡觉三主动向连长宋发富提出：“你来指挥全连，我下到突击排去。”说罢，他背起大刀，拎着手枪，到了担任突击任务的第三排阵地。
上午10时左右，北面公路上腾起尘土，隐隐约约传来汽车的马达声。据山顶观察哨报告，约有百十辆汽车像长蛇一样从南边开来。过了一会儿，日军车队拐过石拱桥，缓缓地爬上陡坡，进入我军伏击地段。这些车是从忻口前线来的，车上载着不少伤兵和死尸，还有一些担任护卫的武装士兵，车头上架着机枪，日军士兵哇啦哇啦地叫着，如入无人之境。
胡觉三看到敌人狂妄的样子，怒火中烧。身边的战士们也都是怒目圆睁，摩拳擦掌。胡觉三示意大家沉住气，等待统一号令。
“打！”随着贺炳炎团长一声怒吼，山上我军阵地各种火器一齐开火，喷射着密集的火网。骄横的日军万万没有想到在其“后方”会突然遭到猛烈的打击，汽车有的被打着了火，有的一头栽进沟底的乱石滩，开车的司机丢了方向盘，车上的伤兵不顾死活地往下滚。
胡觉三把手枪一挥：“同志们，跟我来！”带领突击排首先跃出山头阵地，如猛虎一般顺着山势扑了下去，上了公路，一下子把日军压在沟里的汽车底下。日军在一阵混乱之后，很快清醒过来，伏在车底下用机枪向山上扫射，我军冲锋队伍中不时有人被打倒，滚下山坡，但这丝毫不能挡住冲锋的势头。胡觉三带领着战士们，一边投掷手榴弹，一边冲到汽车前，同敌人展开白刃战。日军又从车下钻出来，一个个眼睛瞪得血红，嘴里呀呀地嚎叫着，端着刺刀作拼死的抵抗，胡觉三见到敌人那副狰狞的面孔，复仇的热血一下子涌上来，迎着敌人的刀锋冲上去。战士们有的用大刀砍，有的用枪托砸，还有的抱住敌兵肉搏。车前车后，敌我双方杀作一团。
战斗中，胡觉三发现本连三排的一个战士被3名日本兵围住，3把刺刀把他逼得无处可退，防不胜防，处境十分危险。胡觉三手提大刀冲过去，乘敌不备，从后面劈倒一个，接着刀光一闪，又砍翻了另一个，剩下的一个日本兵也被那个战士刺死了。胡觉三勉励了那个战士一番，转身跑到战斗最激烈的地方。
大部分日军被消灭了，只剩下少数还在顽抗。胡觉三扫视了一下战场，忽然看到一个日本兵龟缩在车下，他大喊了一声：“缴枪不杀！”迈步上前正要抓活的，被那家伙一枪打中了胸膛。
胡觉三身子一歪，栽倒了。身旁的战士立刻击毙了那个日本兵。
连长宋发富赶来扶住胡觉三，一遍一遍地呼唤着：“指导员，醒醒！”
胡觉三抬起头，吃力地说：“坚决地打！为宁武老乡们报仇！”说完，就停止了呼吸。
指导员的死，更加激怒了十一连的全体同志们，大家扑向残敌。
战斗将要结束时，又从北沟口驶来一队运送兵员、弹药的汽车。领头的十几辆车又遭到我警戒分队一顿猛揍，后面的敌军匆忙弃车，登上左侧山头，向在沟里出击的我军冲过来，使我军伤亡骤然增多。团首长原定伏击目的已经达到，遂令部队上山，边打边撤。伤员们都被背了出来，胡觉三等牺牲同志的遗体没能抢运出来，留在了浓烟滚滚的黑石头沟里……
这一仗，我军击毁敌军车20多辆，毙伤敌300余名，切断了敌人从大同至忻口的公路交通运输线。
（北京军区政治部组稿李迎选撰写）