小柴俊男中佐心知不妙，一面用信鸽向蔚县方向求援、一面组织人试图抢回碉堡，最后连两门九二步兵炮都用上了。没想到，他的部队也遇到了刚才独立师进攻时一样的麻烦。这座碉堡实在太结实了！
原先为防止晋绥军方面反攻时使用炮火，日军工兵特意将主碉堡修成了钢筋混凝土结构，设计标准就是能抵御75毫米口径以下的山野炮的轰击，九二步兵炮的威力稍微怂了点，就算是四一式山炮都只能在外墙上留下个印子。
接下来的战斗就容易了很多，
日军反击失败后就将部队龟缩到大队部附近的二十多栋民房里据守。八路军这头是九二步兵炮加土坦克伺候，还集中二十具掷弹筒对着日军大队部攒射。
小柴中佐的命令都出不了指挥部，四射的弹片让所有试图冲出房间的传令兵都成了尸首，没法子只能用大喇叭喊话来解决通讯问题。攻城部队也没有闲着，他们把两挺马克沁重机枪架在城中主碉堡的顶上，用火力把日军防线死死分割为相不不能支援的两个区域。
战至下午二时，为尽快结束战斗，独立师迫击炮连对着日军指挥部一连三轮齐射，彻底将日军指挥体系打烂。半个小时后，日军残部突然发动，一部以自杀攻击方式拖住独立师进攻部队，另一部约六十余人向蔚县方向拼死突围，攻城部队猝不及防，被日军打开突破口。事后查明，突围者中包括大队长小柴中佐，但小柴亦俊男因部队全灭被勒令推出现役小柴的儿子就是诺贝尔物理学奖获得者小柴昌俊?。
下午三时涞源城的枪声停了下来。部队开始打扫战场，吃晚饭时缴获的情况终于被统计了出来。此役共歼灭日军八百五十四名、伪皇协军八十三名，俘虏日军四十九名，伪军十七名，伪军投诚二十一名。除涞源县城外，日军北口、下北头、白石口、中庄、王喜洞、刘家嘴、东团堡等八个据点被摧毁。
八路军独立师缴获了大批武器弹药，计有轻重机枪二十一挺，掷弹筒一百零六支，缴获步马枪二百四十六支，短枪七支。缴获九二步兵炮炮弹九十三发，手榴弹、手雷五百二十八枚，步机枪弹六万二千九百发，各种炸药一点三吨，还有足够全师半个月食用大批粮食等。
至二十五日，张家口援兵三千余增至草沟堡，后续仍源源不断增加。二十八日，日军动用汽车三百六十辆，在坦克二十辆、轰炸机四架的掩护下反攻涞源县城。
为避难不必要的伤亡，独立师在拆除涞源部分城墙后，主动从涞源县城撤离！
百团大战第二阶段的攻势还在继续，但八路军集中大部队两战两胜，一度收复寿阳、涞源全境，全歼独立混成第二旅团独立步兵第4大队的消息被新华日报在大后方以号外形式迅速公布，消息传开，大后方轰动了。
老百姓关注的是中国jūn_duì 打了一个漂亮的反击，这是自淞沪会战以来，国军第一次在攻坚作战中拿下日军重兵把守的县城。但是各方更感兴趣的是八路军那些火炮的来源！