随后，一营的机枪手猛烈地朝日军碉堡的射击孔扫射，压制日军的火力。
火箭兵趁机匍匐前进，靠近日军碉堡。
火箭兵连续炸毁日军三座碉堡后，残存的日军躲在断墙残垣间继续阻击一营的进攻。
一营的火箭兵不断的朝躲在墙后的日军轰炸。一营的机枪手不断的开枪，压制日军的火力。
八路军的骑兵支队则从侧翼迂回，向日军发起突然袭击。
马枪的射击声与战马嘶鸣交织在一起，打得墙后的日军难以抵挡，只得放弃前沿阵地，向纵深撤退。
拂晓时分，担任主攻的一营突入百灵庙核心区，日军退守大喇嘛寺负隅顽抗。
寺庙的青砖墙体被一营迫击炮弹炸开缺口，双方在经堂、配殿反复拉锯。
一名一营士兵左手被日军迫击炮弹炸断，他身绑手榴弹，毅然冲进日军机枪阵地。
巨响过后，后续部队踩着还没有散去的硝烟冲上台阶。
日军指挥官组织反扑，八路军骑兵支队这时候从两侧冲了过来。
经过一番“叮叮当当……"马刀拼刺刀的白刃战。日军抵挡不住八路军骑兵居高临下的砍杀，在指挥官的带领下向东北方向溃逃。
一营士兵随后也冲上了日军的阵地。
八路军骑兵支队将阵地交给一营士兵防守，策马追击逃窜的日军。
不久，八路军骑兵支队追上了正在溃逃的日军，挥起手中的马刀，像砍冬瓜似的将日军士兵的头颅砍掉。
八路军骑兵支队将日军这支溃军砍杀后没有继续前进。他们担心前面有日军的伏兵。