聶榮臻得到阿部規秀部隊進入伏擊地點的情報後，立即命令賀龍的第一二〇師特務團趕赴黃土嶺，同時命令第一軍分區二十五團也趕赴黃土嶺，統歸楊成武指揮。同時命令第一軍分區二十團、三十四團以及第五軍分區二十六團牽制易縣、滿城和徐水方向的日軍。
黃土嶺是太行山北部群山中的一座岬口，四周都是大谷深溝。七日清晨，大雨停歇，溼霧瀰漫。
日軍還在繼續東進，因為知道這樣的地勢往往是八路軍的戰場，因此其先頭部隊攜帶著輕重機槍，總是先行站穩路邊的小髙地，然後再讓大部隊跟進。
直到下午三時，日軍的全部人馬才通過黃土嶺，進入峽谷中的小路。濃霧已經消散，陽光照進峽谷，八路軍的攻擊猛烈地開始了。峽谷兩邊的懸崖上都是八路軍的槍口，一百多挺機槍一起朝溝裡打，日軍的三個大隊擁擠在僅百餘公尺寬的山溝裡無法展開，造成了密集的人員傷亡。
戰鬥進行到下午四時，日軍掉頭企圖從黃土嶺突圍逃回淶源縣城，但遭到八路軍第一軍分區三團和第一二〇師特務團的頑強阻擊。
黃土嶺東面有一個名叫教場的村子，阿部規秀將他的指揮部移至教場村的一座農家院裡。
他認為，自己的部隊被牽制在這裡，而八路軍更大的部隊將包抄他的後路。被這一不祥的預感所驅使，阿部規秀決定立即撤出戰鬥。
但是，還沒等他下達撤退命令，一顆迫擊炮彈準確地落在院子裡，阿部規秀的腹部以及雙腿中彈，他的參謀人員也全部負傷。
原來，八路軍第一軍分區一團團長陳正湘，在望遠鏡裡看見一群穿黃呢大衣的日軍軍官正站在一處農家院裡，立即把目標指示給炮兵連連長楊九坪，楊九坪指揮迫擊炮連發數彈，陳正湘團長再拿望遠鏡看去時，穿黃呢大衣的日軍軍官已全都倒地。
失去了指揮機關的日軍發生嚴重混亂，不得不收縮部隊據守黃土嶺抵抗待援。傍晚，綠川純治率領的第三大隊趕到了。堅持了一天後，森田春次的第五大隊也趕到了。
同時，日軍第一一〇師團的兩個支隊、第二十六師團的一個支隊正分路向黃土嶺靠攏合圍。於是，聶榮臻下令八路軍撤出戰場。
是役，日軍傷亡千餘人，八路軍傷亡八百餘人。
全身多處負傷的阿部規秀沒有當場死掉，他的生命一直苟延到那天午夜十一時五十分。
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