的日军越来越多，足有五六百人，这时敌人的飞机也来凑热闹，低空盘旋着，寻找机会。但交战双方靠得很近，敌机不敢轻易投弹。
战斗进行到下午1时，687团从后面攻上来，敌人的后尾顿时乱了。原来，第687团将敌后尾部队分割包围于蔡家峪和西沟村地区，并抢占韩家湾北侧高地，切断了敌人的退路。被分割的敌人企图向北逃窜，但被687团歼灭于蔡家峪东北。随后，687团转而南下配合343旅进行战斗。
这时，115师师长林彪意识到进行全面攻击的时机到了，于是命令各部队立即发起攻击。占据公路两侧的部队迅速发起了冲击，很快就把老爷庙与兴庄之间的敌人消灭在山沟里。
在歼灭老爷庙和小寨村之敌的过程中，为解救被围的同伙，先期进占东跑池之敌一部回援，又被第685团所阻。第5师团长板垣又急令其在蔚县、涞源的部队向平型关增援，但增援之敌被115师独立团、骑兵营阻击于灵丘以北和以东地区，并在灵丘以东的腰站被毙伤300余人。
被围于小寨村至老爷庙之敌，在6架飞机掩护下，再次猛攻老爷庙及附近高地，也未能得逞。第686团遂集中全力，在两翼友邻部队协同下，将被围之敌全部歼灭。至当日13时，战斗胜利结束。