城中的日僞軍以爲八路軍要強攻縣城了，於是拼命向城外開火，還不停地扔手雷，防止八路軍接近城牆。
聯隊長渡邊勝雄被城外的槍炮聲驚醒，馬上命人瞭解情況。當他得知由於自己的謹慎小心，避免了八路軍的偷襲，心裏暗自慶幸。他很擔心八路軍的主力攻進城來，畢竟他的騎兵聯隊擅長在馬上作戰，對於打巷戰也不在行。於是他就把正在休息的鬼子們都叫了起來，讓他們到城牆上防守。
孫德勝和魏和尚帶領部隊向西北方向一路狂奔，他們的目標是去打擊前來增援的日軍騎兵旅團。
馬武山軍分區的情報工作做得十分出色，當日軍的騎兵旅團進入山西之後，一直都在他們的監視之下。原本孫德勝和魏和尚打算首先喫掉縣城裏日軍的騎兵聯隊，再去對付他們的騎兵旅團。
既然他們偷襲沒有成功，雙方展開了激戰，他們就猜到日軍的騎兵聯隊長一定會將這個情況向他們的上級彙報，催促騎兵旅團儘快趕過來增援。
敵軍的騎兵旅團認爲八路軍的騎兵主力正在高莊縣城跟騎兵聯隊交戰，在路上他們一定不會進行防範，而只會拼命趕路，這正是騎兵大隊和特戰大隊伏擊他們的絕好戰機。就這樣，原本一場夜間偷襲戰，變相成爲了圍點打援。
魏和尚和孫德勝猜得果然沒有錯，在縣城裏的渡邊勝雄一面督促部隊上城牆防守，一面將這裏發生的情況上報給了太原第一軍司令部，請求他們催促騎兵旅團儘快趕來增援。羊
筱冢義男知道，本來察哈爾派遣軍的騎兵就不願意幫助山西的日軍作戰，假如他們再損失了這個騎兵聯隊，恐怕前來增援的日軍騎兵旅團會馬上調頭，返回察哈爾方向。
不僅如此，今後再想讓察哈爾派遣軍的騎兵部隊幫忙恐怕也不可能了。
因此，筱冢義男馬上就給騎兵旅團發去了電報，將這裏的情況進行了說明，讓他們趕緊到高莊縣城增援。
渡邊勝雄的騎兵聯隊也是這個騎兵旅團的一個聯隊，對旅團長來說，這可是他的部隊，他當然不能讓他們被消滅。於是他就把在睡夢中的日軍騎兵們都喊了起來，帶着他們連夜趕路。
從太原方向通往察哈爾的路，孫德勝和魏和尚以前都走過，並且以前還幹掉過日軍的一個騎兵旅團。這條路他們實在是太熟悉了，在哪裏進行埋伏早就做到了心中有數。
由於對道路的情況熟悉，他們也能夠大致地計算出日軍的騎兵旅團達到設伏地點的時間，從而能夠從容地佈置戰場。
三個小時後，孫德勝和魏和尚率領部隊來到了一片丘陵地帶。公路從山谷中間穿過，地形十分有利，八路軍的官兵們不顧疲勞，馬上就進入了伏擊陣地。羊
孫德勝和魏和尚計算出來的日軍行軍速度相當精確，距離他們預定的時間只差了不到25分鐘，就聽到夜暗中傳來了雷鳴般的馬蹄聲。
前方的監視哨打來了電話，報告說已經發現了鬼子的騎兵主力，最多再有三分鐘就可以進入埋伏圈。
馬蹄聲越來越近，月光下可以看到大批日軍騎兵正在公路上快速行進。
前方是丘陵地帶，地形相對複雜，如果是往常，日軍一定會十分警覺，會派人在這一帶進行搜索，以避免遭到埋伏。可是他們現在知道，八路軍的騎兵部隊正在高莊縣城，因此他們沒有絲毫防範，仍然快馬加鞭地趕路。
爆炸聲就是開火的命令，埋伏在兩側山坡上的騎兵大隊和特戰大隊的官兵們居高臨下，朝着公路上的日軍猛烈地開火。
日軍的旅團長做夢也沒有想到，會在這裏遭遇伏擊。他一心一意地想去救援渡邊勝雄的騎兵聯隊，卻沒有想到，正是渡邊勝雄向他報告說八路軍騎兵的主力在高莊縣城，這纔給他挖了一個大坑。羊
旅團長十分惱怒，他不知道是該恨向自己謊報軍情的部下呢，還是該痛恨山坡上的八路軍，不過這已經不重要了，因爲就在他還沒有想明白的時候，一連串的機槍子彈打了過來，他的身上至少中了七八發子彈，直接就從戰馬上摔了下去。
伏擊陣地選的實在是太有利了，日軍的騎兵在公路上根本無處躲藏，在很短的時間內就已經遭受到了巨大的傷亡。
日軍騎兵同樣也十分悍勇，那些僥倖沒死的日軍跳下戰馬，各自尋找公路邊上的隱蔽物，對八路軍進行還擊。
八路軍一面用機槍朝着山下猛烈地掃射，一面向公路上的日軍發起了衝鋒。
如果是在白天，八路軍官兵不會馬上就發起衝鋒，他們會利用有利的地形和優勢的火力，儘可能地消滅敵人。
可是在夜晚距離太遠了，有些看不清楚，火力殺傷的效果就要差一些。不過這也提供了另外一個好處，那就是八路軍的部隊向山下發起衝鋒的時候，敵軍也看不清楚，這樣就有效地減少了八路軍官兵的傷亡。
之所以命令部隊發起衝鋒，是因爲八路軍的官兵要充分利用地形上的有利條件，他們衝到靠近公路六、七十米的地方，再次停了下來，然後朝着山下大量投擲手雷和手榴彈。羊
八路軍的官兵們居高臨下，在六七十米的距離，可以輕鬆地將手榴彈和手雷投到公路上，而且很多的手雷和手榴彈能夠凌空爆炸，給予日軍重大的殺傷。
反過來，日軍人在山下，手雷根本投不了那麼遠，在那裏幹挨炸。
日軍的這個騎兵旅團在這裏的就只有兩個騎兵聯隊和旅團部，大約4000餘人。
八路軍參加伏擊戰的騎兵大隊和特戰大隊兵力也有3000餘人。八路軍的騎兵是馬上的步兵，靠的是火力優勢。而日軍卻是純粹的騎兵，在火力上遠遠不如伏擊他們的八路軍。再加上八路軍又是突然襲擊，因此日軍完全處於劣勢，戰鬥進行了不到兩個小時，公路上的日軍基本上都被消滅了。
八路軍的官兵們知道日軍十分頑強，即使是那些倒在公路上的傷兵，也有可衝下去，給八路軍造成傷亡。因此，魏和尚和孫德勝並沒有命令部隊下去搜索。只是看到如果有敵軍還擊，用火力打擊，他們要守在這裏，等到天亮再說。
看到敵軍的騎兵基本上被殲滅了，孫德勝就給留在高莊縣城的三個騎兵中隊下達了撤退的命令，避免他們遭遇敵軍重兵圍殲。