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16时许，第1团指挥员发现黄土岭东侧小庙附近有多名日本指挥官，即令迫击炮连轰击，阿部规秀被击中，不久毙命。
日军在电台被炸、指挥官阵亡的情况下陷入严重混乱。
7日晚，日军被歼过半，其余数百人被压缩在上庄子附近山沟里，连续突围10余次均被击退。
八路军采取“巩固阵地、小股袭扰”方式防敌逃跑。与此同时，驻涞源、蔚县等地日伪军正兵分多路向黄土岭方向增援。
聂荣臻令各县区游击队开展袭扰活动，牵制增援日军。
8日，被围日军在5架飞机掩护下全力突围，八路军与敌激战，歼灭大量日伪军。因日军空投物资且调集重兵增援，晋察冀军区和第120师指挥员判断继续作战不利，遂决定撤出战斗。
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