原来，十五军三个师中虽然只派出了第94师对付第6师团，但其余两个主力师也没闲着，在这段时间里，他们经晋察冀边区的坎坷山路神不知鬼不觉地一路北上，与5师主力部队会师后合兵一处后总兵力顿时暴增至十万余人，随即直插日军第6师团背后并迅速展开，等到中岛今朝吾发现的时候，第6师团已经被超过其4倍的优势兵力三面包围，而且比被围在定县的第6师团更不利的是，他们是在毫无掩蔽和防护的大平原上被围，甚至连工事也没来得及修筑，结果就可想而知了
为了不给敌人修筑工事固守待援的机会，组成还不到2天的华北总前委几乎是立刻就向参战的三个师下达了发起总攻的命令，5师一个团长询问师长“我们团是主攻还是佯攻？”，的命令立刻响彻全军，“有这么多部队，还要分主攻佯攻吗？全都给我往死里打！”
虽然重炮旅、乃至所有的野战炮（还有装甲部队和所有汽车）都因为进山不易而被胡卫东调去石家庄沿平汉线北上配合94师作战（所以94师才有全歼第6师团的实力），但两百多门山炮和更多迫击炮所能提供的火力已经超过日军第6师团两倍有余，而数量过百、以至于上去黑压压一片的机群更是沉重打击了日军的士气
“支那人怎么有这么多飞机？我们的航空队呢？小心炸弹，快卧倒！啊！军医。军医在哪儿？”，第一次遭遇到这么大规模空袭的鬼子陷入到前所未有的恐慌之中，而当十五军与八路军炮兵一共上千门各式火炮向其发起几乎连续不断的猛烈炮击之后，对此毫无心理准备的日军就更是士气暴跌，原以为要血战一场的十五军与八路军指战员几乎没有遇到太大阻力就将这两万多日军精锐彻底打垮了，兴高采烈地抓着战俘的老战士们恍惚间仿佛回到了昔日的国内战场
“没想到小鬼子这么不经打也对，我们当初在丰台缴获的75mm炮弹这一战已经几乎全都打光了。还额外搭上了那么多迫击炮弹，再加上空袭消耗的弹药和航空汽油，这么大的代价要还消灭不了鬼子一个师团。那才奇怪”，胡卫东先是惊讶，瞬即便释然地想道。
在不到一天时间内。十五军与八路军5师主力携手合作，将日军一个几乎满编的常设师团全部歼灭，合计毙俘日军两万四千余人，师团长中岛今朝吾中将死于乱军之中，仅有一些病号因为没有随军出征幸免于难，其中俘虏日军的数量更是达到了前所未有的一万五千多（胡卫东一开始没想到会有机会打第6师团，所以只要到了针对第6师团的必杀令，不过能以相对很小的伤亡俘虏这么多鬼子，倒也不亏。），这对于一直鼓吹武士道精神的日本陆军部来说。无疑是一记响亮的耳光。而此役中队的总伤亡才区区八千余人，数量之少同样出乎包括胡卫东在内所有人的意料，这次战役的结果以雄辩的事实证明了中队只要获得了制空权，在兵力与火力都强于鬼子的前提下，完全有能力与鬼子进行大兵团作战。胡卫东第一次觉得自己在兰州会议上的预测过于谨慎。“真想不到我军的实力现在已经这么强了”