0至500人组成奋勇队，担任先头突击。同时各部长官一律靠前指挥，薛岳自己也亲临一线。
18时，炮火准备。19时，奋勇队出击，各主力部队紧随其后，向箭炉苏、万家岭、田步苏、雷鸣鼓刘、杨家山等地全线攻击。各部队前赴后继，踏尸猛冲。经一夜血战，106师团的防御阵地彻底崩溃。激战至10日晨，第66军收复万家岭、田步苏，第4军收复大金山西南高地和箭炉苏以东高地，第74军收复张古山，第91师收复杨家山东北无名村，第142师收复杨家山北端高地。
战斗中，第4军前卫突击队曾突至万家岭第106师团司令部附近不过百米，因天色太黑，加之自身也伤亡重大，未能及时发觉松浦中将。差一点生擒松浦淳六郎，成为此次会战中最大的遗憾。
万家岭大捷的时期，正是东北三个军拉着日军游行的时候。第三军全力负责弹药运输和小部队偷袭，第二军展开了扒铁路、焚炮楼的冀中运动战。第一军趁机运动到京津附近，吓得日军急忙收回一部分兵力，全力保护北京和天津两处要地。
兴隆、遵化、玉田、迁西、承德、蓟县、滦平七县被东北军相继占领，梁大勇把三个军集中到新建立的根据地，准备和日军做一番正面战场的较量。