第2营其他连队紧跟着从山上插下去，用手榴弹和机枪、步枪火力向敌人侧翼发起冲击。第5连连长巴尚真和指导员万在明率领全连硬是在敌人中间突了过去，迅速占领了东侧山坡上的一个小庙，从而控制住了山坡制高点，把正在爬上东坡的日军打得只能退回沟里。
张宗逊紧急赶到了第716团指挥所，并下达了发起总攻的命令。顿时，八路军冲锋号声响起，战士们端着刺刀冲入沟底，与敌人展开了激烈的肉搏战，以刺刀和手榴弹歼灭掉剩余已经被分割的敌人。


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经过了一夜激战，八路军第716团在拂晓前终于将日军蚋野大队基本消灭，只有二三十名残敌绕到了北边的灰窑沟，从而逃出了八路军设下的伏击圈。
11月4日早晨，回荡在滑石片上空一夜的枪炮声停止了，又重新恢复了宁静的山沟里，到处横七竖八地躺着日军士兵和军马的尸体，敌人携带的山炮、日式掷弹筒都完好地驮在军马背上，甚至还没有来得及卸下来使用。八路军第716团在打扫完战场之后，部队立即开往高洪口。
担任阻敌增援任务的八路军第714团接到“在滑石片西边凤凰山阻击日军”的命令，经过了一整夜的急行军，在11月4日拂晓到达了南院村附近，正好与从滑石片逃出来的几十名日军遭遇，第714团立即派一个营跟踪追击。此时，五台方向出动的一小股日军向滑石片增援，与逃脱出来的几十名日军会合，第714团马上投入战斗。
日军被迫仓皇向五台城方向撤退，第714团紧紧追击，一路追击了到五台城下。


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滑石片伏击战，八路军共歼灭了日军蚋野大队长以下500余人，缴获山炮两门、日式掷弹筒四门、轻重机关枪30余挺、步马枪340余支、战马153匹和一部电台，以及许多其他的军用物品。
滑石片战斗在晋察冀边区的五台、定襄、忻州地区具有很大的影响，群众争相传递着八路军第358旅胜利的消息，晋察冀军区司令员聂荣臻让边区政府专门派人前来对第358旅进行慰问。
地方群众和八路军部队联欢庆祝滑石片伏击战的胜利，还有“延安参观团”的王智涛、《大公报》采访人员、“联合国赈灾委员会”于璞等三人也专门前来慰问伤员，并给予慰问伤员费一百大洋。


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在延安参加中共六届六中全会的八路军第120师师长贺龙、关向应听到八路军在滑石片大捷的消息后，不禁欣然一笑，因为他们知道：“日军进攻晋察冀边区的计划，由此破灭了”。
滑石片伏击战的胜利，主要取决于以下几个方面：

• 老电影《董存瑞》里的搞笑剧情，揭开八路军残酷真相
• 八路军|大小尹村续战四：八路军各部突围后再次被围，建立统一的指挥部
• 日军|日军为什么迅速撤走，和八路军后勤补给的来源。宋庄战斗十?二
• 邢仁甫|他做过八路军115师旅长、军区司令，被万人公审后枪决，活到了40岁
• 七亘村伏击战“重叠设伏”歼日寇
• 八路军抹发胶、抽雪茄、还住大别墅？这部电视剧也太恶臭了吧
• 他是东北军“二把手”，送儿子参加八路军，后成司令员，名字耳熟
• 他当过八路军旅长，军区司令员，为何建国后被万人公审后枪决？
• 1937年，一位国军连长逃回老家，拉起7000人的部队，成八路军旅长
• 八路军|历史过目难忘瞬间：奔赴抗日前线的德械师，真实的八路军女护士，非抗日神剧