就這樣，等敵人的汽車、大車進入伏擊圈後，115師某團5連連長曾賢生率全連首先向敵人進行衝殺，用手榴彈炸毀敵人的最後一輛汽車。此時，敵人的退路已經被截斷，於是開始拚命衝殺，反複爭奪公路兩側製高點——老爺廟。後來，敵人的爭奪失敗，這也預示著被圍殲的滅頂之災，於是敵人企圖衝破獨8旅陣地進行逃命，而獨8旅把一線配備改為縱深配備，進行著拚死抵抗。
這樣激烈的戰鬥一直持續到27日的白天，敵人最終沒有能衝破包圍，敵人的板垣師團21旅第21聯隊第三大隊及輜重部隊遭到了殲滅性的打擊。但是由於敵人死不繳械，日軍全部被擊斃，當然，中國軍隊的傷亡也非常嚴重。
最後，參加戰鬥的八路軍大獲全勝，殲滅日軍400餘人，其中百餘人是日軍文職人員及朝鮮勞役，毀滅敵汽車80餘輛，摩托車3輛，步槍300餘支。
鷂子澗激戰
9月26日，日軍為了阻擊陳61軍的進攻，從鷂子澗和平型關正麵抽掉兵力進行援助，占領了迷回北山。而程團官兵多次上書請戰，為國殺敵立功，他們一舉攻下迷回北山，連挫敵人的反撲之勢，不待主力部隊到來，他們就好像是脫弦之箭，一舉占領了鷂子澗。
當天，日軍就集中優勢火力，在猛烈炮火的掩護下向程部進行反撲，程團長指揮士兵與敵人進行肉搏。由於兵力懸殊，敵人最後衝入了村內，而程團士兵無一人後退，與敵人進行逐院逐巷的爭奪。
由於敵人的援軍不斷增加，程團最後彈盡援絕，全團官兵近千人，包括團長程繼賢在內全部壯烈犧牲。
程團屢立戰功，以未滿千人與超過一個聯隊的強敵進行拚殺，真是令敵人膽寒，程團的英勇作戰為大部隊的殲敵計劃贏得了戰機。
東跑池血戰
東跑池位於平型關的偏東北，是保衛平型關正麵的要點，孫楚33軍之獨立8旅在此進行布防，從9月23日到26日，敵我雙方一直在反複爭奪東跑池，結果這樣來來回回形成了拉鋸戰。後來，據當時一營營長回憶：他親眼看到山坡上的到處都是敵人的屍體。
到了27日，孟憲吉旅長親自來到陣地進行督戰，看到一營血戰5晝夜，原有500多人的一營，現在隻剩下了148人，於是就換掉獨立8旅，命令622團接防。
茹越口失守，全線撤退
中國共產黨在部署對平型關的敵人進行圍殲決戰的時候，日軍的東條縱隊趁平型關鏖戰之機，於9月28日一舉突破恒山、雁門關的接合部茹越口，楊澄源的34軍退入繁峙。
而為了進一步保衛平型關戰場的安全，梁鑒堂旅長親自率領僅有一個營的士兵進行衝殺，企圖奪回山口。可是由於兵力太少，梁旅長和大部分官兵都犧牲了，王靖國又急命方克猷旅長反攻茹越口，但是方旅長又被敵衝垮。29日，敵人占繁峙城，嚴重威脅到中國軍隊主戰場側後。
9月30日，閻錫山召集前線將領會議，決定進行全線撤退。在10月2日夜，全線開始撤退，平型關撤退也意味著平型關戰役的結束。
◇知識拓展◇
平型關
平型關是內長城的一個關口，位於山西省大同市靈丘縣白崖台鄉，解放前屬於繁峙縣管轄，解放後劃分為靈丘的一部分，成為了靈丘同繁峙的分界線，並把嶺北原屬繁峙縣的東跑池等幾個村也劃歸靈丘縣的平型嶺上。
明朝正德六年（公元1511年）修築內長城的時候經過平型嶺，並在關嶺上修建了關樓。平型關城虎踞於平型嶺南麓，現在叫繁峙縣橫澗鄉平型關村，呈正方形，周圍九百餘丈，南北東各置一門，門額鐫刻“平型嶺”三個大字。