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为阻日军西进并威胁日军左侧背，第27师师长冯安邦（兼）曾于13日16时令该师第80旅第160团向旧关及其以南地区前进。当该团到达新关时，该地已由第3军补充团占领，冯安邦即令第160团返程家庄原防。因孙连仲的上述命令，冯安邦再令该团向新关推进，于14日拂晓前部署完毕。第79旅旅长黄樵松当即命令第158团以第1营守备地都阵地，主力于14日拂晓由苇泽关向核桃园攻击。第157团派1个营于14日拂晓向大、小龙窝日军攻击。该营进展至与第158团会合后，即受第158团团长杨守道指挥，协力歼灭大、小龙窝至核桃园的日军。
当第12师第35旅及补充团在13日夜到达新关时，旧关日军（约1000余人，附炮67门）对新关发动攻击。第35旅官兵将其击退。14日，日军再攻甘桃驿。第35旅奋勇反击。日军退据旧关东南高地。第27师出击部队曾一度袭占核桃园及大、小龙窝，但被日军击退。由旧关侵入关沟的日军千余人，于9时与地都守军发生战斗。此时，第158团杨守道团长决心以其第3营侧击关沟日军，以第2营向旧关日军压迫，并以火力截断旧关至关沟的交通。黄樵松亦令第157团的1个营在地都东南地区堵截逃敌。经两个多小时的围歼战斗，关沟日军大部被歼，残余日军多散伏于山崖草莽间。
15时，旧关日军一部为解关沟日军之围，在炮火掩护下向第158团第2营阵地猛攻；第2营予以反击，使日军仍退回旧关。
在12日经洪子店西进的日军于14日在六岭关附近与第44旅遭遇，激战4小时后日军向东败退。第44旅进占六岭关后即与第18集团军在夏口及洪子店一带的部队取得联络。至此，守军右侧的威胁被解除。
日军第20师团第39旅团旅团长高木义人鉴于第77联队虽然攻占了雪花山与旧关，但在作战中部队受到很大损失，而且在旧关方面陷于苦战中，便于14日夜间派第78联队的步兵1个大队、山炮兵1个中队增援；旋又奉第1军司令官的命令，将第78联队的全部和加农榴弹炮兵1个大队西进，增援娘子关地区的日军部队作战。
10月15日拂晓，第3军第12师唐淮源部向五家岭及旧关东南地区的日军发动攻击。第27师第157团及第158团之一部继续扫荡关沟附近的日军。旧关日军为解关沟日军之围，乘晨雾弥漫时向第158团第2营发动猛烈攻击。15时，日军500余人由井陉经大、小龙窝向旧关增援。虽经守军截击，但未能将其阻止，日军仍进入旧关。入夜后，第3军第12师第34旅袭占核桃园；第35旅朱淮部攻占旧关东南高地，并继续向旧关以东高地的日军攻击；第27师将由旧关出援关沟的日军逐向旧关。两日内，守军于旧关附近歼灭日军500多人，但旧关日军仍控制高地，并在飞机、炮火掩护下不断组织反击。
日军“华北方面军”为了使航空兵更好地支援其第1军及第5师团的作战，于15日将航空兵团指挥所从北平迁至石家庄，并将其第5、第6、第9三个轰炸机大队全部调至石家庄附近各机场。
15日1时，阎锡山指示黄绍？、孙连仲及曾万钟：（一） 娘子关附近作战，交孙总司令指挥；（二） 限16日将旧关之敌完全解决，并赏洋5万；（三） 总司令及军长均应亲身严行督战。
2 第二次反击
由于雪花山、旧关一带国防工事多被日军占领，而且旧关日军又调来援兵，后续部队仍由井陉源源西进，战局至为紧张。为在援军到达之前稳定态势，黄绍？于15日19时下达命令：第3军为攻击主力，对旧关之敌攻击；第27师限今日（15日）将关沟之敌肃清，以主力在龙窝附近断敌后方联络，一部协同第3军会攻旧关；第27路军工兵营附辎重兵营、第17师、第21师第92旅（欠1个团）固守原阵地地都堵击敌人；第30师抽兵2个团，协同第17师坚守乏驴岭。
由于正太线上的战斗主要集中在旧关进行，所以日军增援的后续部队第78联队主力全部使用在旧关方面。15日夜，第78联队到达旧关地区，步兵第39旅团长高木义人进至井陉指挥作战。
16日拂晓，守军对旧关日军开始发动反击。日军也在炮火掩护下出击。双方激烈交战。昨夜袭占核桃园的第34旅，在日军猛烈炮火及日机连续轰炸下无法固守，被迫退回旧关东南高地。8时，第27师的第157团将关沟附近日军肃清。正午，日军将守军工兵营阵地突破。适奉命增援的第38军教导团赶到，与工兵营一起激战到20时，将突入的日军击退。双方激战终日，旧关仍在日军手中。当夜第26路军所辖第30师派队向井陉出击，亦未能奏效，于17日拂晓撤回。
3 第三次反击
占领旧关的日军以其优势装备，利用守军原筑国防工事坚守。中国军队连日艰苦反击，但未能将其击退。为确保晋东门户、进出井陉、夺回石家庄、截断沿平汉路南下日军的退路，孙连仲决心击破当面之敌，再次组织向旧关反击。
16日20时，根据黄绍？的意图，孙连仲命第3军以一部封锁大小梁家、北洋沟、红土岭各要点，阻敌后续部队前进；命第27师以有力一部占领长生口及大、小龙窝附近，协同敌后的工兵营向旧关的日军反击。命各部队于17日拂晓开始反击，务求将敌包围歼灭。
为策应各方面作战，孙连仲又令第27师第30旅第160团的主力集结于苇泽关附近，令第31师池峰城部集结于程家铺，为总预备队；令第30师主力转移东、西葛丹附近，第42军第44旅移阳泉待命。
10月17日2时，第38军教导团首先向黄石嘴以西日军攻击，战斗约1小时后攻占日军阵地右翼，因日军顽抗，形成对峙。拂晓，第3军第12师第35旅从甘桃驿向旧关东南攻击，第42军第27师之一部向旧关之北攻击。9时，日军凭借飞机支援，分向旧关以西及地都一带守军阵地进攻。双方激战至傍晚。入夜后，第3军第34旅及第19旅各1个团、第35旅之一部及第27师第79旅的2个连分向长生口、大小龙窝、核桃园及旧关一带袭击。激战竟夜，双方伤亡均甚重。守军无重大进展，于18日拂晓撤回。
18日2时，第31师派1个团接替损失惨重的第38军教导团的阵地。拂晓，日援军800余人到达大、小龙窝以南山地，与旧关日军互为呼应，分向第31师黄石嘴、第27师关沟及1000高地进攻。激战终日，由于守军顽强阻击，日军未能得逞。
傍晚，因第159团伤亡过大，该团归还第80旅建制，其阵地由该旅160团接替防守。
黄绍？决心夜袭旧关，令第30军第31师以敢死队进入旧关市内扰乱敌后，以有力部队从第79旅第158团第2营的正面出击，攻至旧关通苇泽关的大道为止，并加以固守；第12师向旧关以南及西南攻击；第27师竭力牵制当面日军，并注意切实截断核桃园敌之归路。孙连仲令原在东、西葛丹的第88旅移驻娘子关附近，以备增援第31师。
19日2时，各部队开始攻击。第31师一部冲入旧关，经激烈肉搏和巷战后，日军退据旧关以东高地顽抗。拂晓后，日军援兵到达，向旧关反击，第31师突入旧关的部队被迫撤回原阵地。8时，第35旅一部协同第31师攻占旧关东、西两侧高地，另一部向旧关以东进攻。战斗至14时，日军轰炸机10余架对反击部队反复轰炸，迫使各部队暂停攻击。18时，反击部队乘夜幕即临、日机飞走之际，再兴攻势。第34旅及第19旅第37团将核桃园附近地区攻占，并以火力将通往旧关之路封锁。第30旅迅速占领了核桃园，并以第159团郑云奇营向旧关挺进，企图乘势肃清旧关日军。此时，因他方面友军动作未能协同，孙连仲命第80旅部队撤回地都原阵地。
第17师当面的日军自13日夜攻占雪花山后即转移兵力抵抗守军对旧关一带的反击，仅有一部在雪花山一带与第17师乏驴岭守军对峙。日增援部队到达后，于19日4时向第17师阵地发动全面进攻。天明后，日军在轰炸机的援助下，攻击更加猛烈。激战到13时，乏驴岭守军官兵伤亡很大，南阵地被日军攻占。第49旅耿介志旅长率余部50多人退到北阵地，与该阵地守军协力战斗。15时，荆蒲关阵地守军伤亡过重，只剩30余人，苦战到黄昏后，即向葛丹、常坪撤退。荆蒲关失守后，致使乏驴岭北阵地三面受敌。耿介志旅长在守军伤亡殆尽、弹药不继、援兵未至的情况下，不得已率余部100余人退到北峪、庄头附近，稍息后赴神灵台附近收容。
正当守军在旧关及乏驴岭一带与日军酣战之际，黄绍？将部署作了调整：令第26路军（第1军团）、第3军、新编第10团归由孙连仲指挥，负责肃清旧关、核桃园、大小龙窝、长生口之敌及侧鱼镇一带之警戒任务；令第17师、第38军教导团及第27路军（14军团）归由冯钦哉指挥，担负防守第17师现阵地与其以北亘曹泉、胡寺、观音陀山之线，并注意洪子店方面的警戒；第30师交替完毕后，应集结于东、西葛丹附近，归还建制。
守军与敌连日交战，虽毙敌甚众，但日军援兵不断增加。守军伤亡减员5000余名。平汉铁路元氏方面日军大部虽已北撤，但其一部仍集结于百家庄附近，显有从正太路西进的企图。守军兵力已全数使用，无另外的控制部队，黄绍？遂令第44旅即由阳泉向娘子关输送，到达娘子关以西的城西村附近集结待命。
19日14时，孙连仲接到黄绍？的上述命令时乏驴岭已经失守，第17师已西撤。由于娘子关一带铁路线极为重要，孙连仲乃令第30师的第88旅连夜转向南峪、北峪一带阻敌西进。
冯钦哉接黄绍？的命令后，即令第42师接替第30师阵地，令第169师留1个营的兵力于南冶里对东北警戒。其司令部由磨河滩进驻沙井村。
（四） 娘子关失陷
10月中旬以来，日军第20师团除第39旅团以逐次增兵方法进攻娘子关外，主力集结在石家庄南休整。10月19日，日军第1军遵照方面军的指示，命令川岸师团长以全师团兵力攻击娘子关，攻占阳泉、平原。
日本“华北方面军”在这时向第20师团下达攻占阳泉的命令，这是由整个战局的发展所决定的。
日军自展开所谓“10月攻势”以来，在华中地区的作战并不顺利。在淞沪这一有限的地域内它已投入了5个师团的兵力和原驻上海的海军陆战队，可是依然进展不大。如不再增加援军，很难取得胜利，而新组建的兵力有限。所以决定再从国内和华北抽调兵力增援华中地区作战。日军大本营指示华北方面军迅速完成津浦、平汉路的预期作战任务，并夺取太原，准备调整部分兵力支援华中作战。在华北方面，日军在平汉、津浦线方面的作战是比较顺利的，但在晋北的忻口地区则陷入了苦战。因此，方面军命令第1军和第2军迅速进入德州和安阳一线，并于10月19日命令第20师团攻占娘子关，进入阳泉；待第1军主力完成平汉线方面的作战任务后，再抽调兵力投入正太线，以便配合晋北日军会攻太原。
10月20日，川岸师团长下达作战命令：师团决定分两个纵队向阳泉发动进攻，右纵队为步兵第39旅团，指挥野炮兵联队（欠第1大队）、山炮兵联队第1大队、加农炮兵大队（欠第1中队）、迫击炮兵2个中队，继续由娘子关正面攻击守军；左纵队为步兵第40旅团，指挥野炮兵第1大队、迫击炮1个中队，沿微水镇、侧鱼镇、石门口大道前进，进入右纵队正面的敌人背后，其余部队集结于井陉附近。师团部位于井陉。整个师团的行动从21日开始。
10月21日，日军第20师团除原在攻击位置的第39旅团重新调整部署准备再次发动攻击外，师团主力从石家庄地区向西推进。川岸率师团直属队进到井陉指挥作战。
日军第39旅团一部于前1日（20日）在飞机掩护下，向北峪、核桃园、大小龙窝及地都一带阵地进攻。经反复争夺，守军第30师及第27师伤亡惨重，阵地多被突破，仅固守阵地内的高地。
10月21日，日军第20师团右纵队对娘子关守军正面继续发动攻击。占领北峪东北高地的日军继续向第30师第88旅阵地进攻，经战斗后，该旅退至张家洼、溃泉、驴桥岭之线。第30师师长张金照即令工兵营及第89旅派1个营协同第88旅守备。其他各部均有战斗，但双方均无进展。为挽回战局、歼灭入侵日军，孙连仲于15时下达向当面日军袭击的命令：第3军袭击旧关东南高地之敌并占领之；第31师袭击旧关及其西方高地之敌并占领之；第27师除袭1000高地附近之敌外，须与大、小龙窝友军切取联络，并占领核桃园；第30师袭击北峪、东西葛丹之敌，并占领之。
21日夜，各部队遵令行动。战斗终夜，无大进展。第27师因正面日军大量增加，没有发动攻击。
22日晨，日军陆、空军协同向第27师1000高地及第30师溃泉阵地展开猛烈进攻。第30师于21日出袭的第178团于22日8时被日军包围于北峪。该团苦战突围，绕左翼退回。同时，日军又将第30师溃泉阵地突破。该师力阻，加上第169师第505旅于常坪附近侧击，到12时，将该日军逐回北峪附近。
第27师第79旅及新编第10团已伤亡营以下官兵600余名，该旅旅长黄樵松遂令各团余部撤守地都附近阵地。日军继向第3军及第31师正面猛攻，被守军力战拒止。
因日军连日进攻，守军奋力御敌，伤亡惨重，并侦悉日军又增兵400余人（附炮12门），由东、西葛丹向守军左翼运动，有威胁守军侧背企图。同日15时30分，黄绍？令第26路军即日缩短战线，占领绵山顶至苇泽关一带阵地，阻敌西进。孙连仲总司令接到黄副长官的电话命令后，于20时开始向神仙洞、绵山顶、苇泽关1853高地、宋家岩底之线变换阵地，并于22时致电阎锡山，告知第2集团军自房山、琉璃河起，累经激战，从未休息整补；西移娘子关后连战10余日，伤亡