在得知岡崎大隊已佔據關家堖和柳樹堖後，八路軍總部隨即決定讓總部特務團提前發起攻擊。
凌晨3時前，特務團各營到達預定位置，隨即對關家腦陣地發動進攻。很快沉悶的黑夜頓時被隆隆的爆炸聲打破。
戰鬥打響之後，特務團長歐致富立即命令埋伏在山下的特務團各部迅速向目標衝擊。
一開始戰鬥進展相當順利，特務團很快靠近了關家堖上的一排窯洞。就在準備發起進攻時，左側的一間窯洞突然響起猛烈的機槍聲，把特務團壓了回去。
原來，岡崎大隊已將整排窯洞貫通，每個窯洞都築有機槍陣地，既可獨立作戰，又可與其他窯洞互相掩護、互相支援，形成交叉火力網。
在機槍陣地前面還挖了防彈壕，如果手榴彈沒有扔到位，將滾入防彈壕裏，難以造成威脅。窯洞外也挖了工事，構成了裏外相連、窯窯相通的循環作戰系統。
特務團不明就裏，在與日軍爭奪窯洞時，付出了不小的代價。
歐致富一看情況不妙，立即命令各營暫停攻擊，就地隱蔽，等大部隊發起攻擊後，再裏應外合。
突襲不利，總部指揮所隨即發出總攻信號，參戰部隊向關家堖和柳樹堖同時發起攻擊。
決死第1縱隊38團奉命攻打柳樹堖，接到攻擊信號，鉚足勁的戰士們迅速向柳樹堖衝去。
雙方在柳樹堖展開了激烈的爭奪，經過兩個小時的激戰，決死隊在天亮時佔領了柳樹堖。
決死隊沒有料到，一箇中隊的日軍居然乘38團與25團調整部署時，利用夜色作掩護，又悄悄地接近了柳樹堖陣地。
決死隊是一支新部隊，戰場經驗不足，就在他們麻痹大意時，遭到該中隊日軍的突然反擊，柳樹堖陣地又被日軍奪走。
戰場形勢的變化，出乎八路軍總部的預料，彭老總迅即命令386旅反攻。
於是，八路軍在進攻關家堖的同時，不得不抽出三個營的兵力再攻柳樹堖。連續攻擊了四次，甚至有兩次攻上了山頭，最終卻未能奪回失去的柳樹堖主陣地。
進攻關家堖同樣艱難，386旅772團在東北方向的攻擊，由於攻擊地形十分不利，能接近日軍陣地的只有一條約1尺寬的小路，戰鬥打得異常殘酷。
戰士們一次又一次地攻擊，一個臺階一個臺階往上爬，反覆與日軍短兵相接，傷亡極大。戰至中午，772團1營原本70多人的1連只剩下3人；50多人的3連只剩下指導員和2名傷員；近70人的4連只剩下10餘人。
午後，1營剩下的人員在營長蒲大義的帶領下仍繼續配合兄弟部隊向日軍攻擊。14時，當1營被兄弟部隊換下來時，只剩下6個人。
385旅769團從西北方向攻擊關家堖，這一面，是一個約20米高的陡崖，快到崖頂的地方，有一個略凸出來的壕坎，上面又是一條30多米長的斜坡，一直通到關家堖山頂日軍的前沿陣地。
攻擊前，769團突擊部隊曾藉助攀登工具和陡崖上的野藤爬到壕坎處，但被發覺，日軍隨即用火力封鎖了斜坡。
受地形所限，769團突擊部隊既無法發起衝鋒，又無法壓制日軍火力，反被日軍壓制在壕坎處無法行動，他們的後續部隊也困在後面無法投入戰鬥。
與此同時，日軍駐山西第一軍得知岡崎大隊被圍關家堖，當即派來飛來飛機增援，進行狂轟濫炸。
而關家堖地方狹小，八路軍投入進攻的兵力密集而無處躲藏，轟炸造成很大傷亡，不得不暫停進攻。
對關家堖的爭奪進行了5個小時，八路軍攻佔了附近的數處高地，但仍拿不下主陣地。
經過10月30日一天的激戰，八路軍雖佔領了關家堖和柳樹堖部
分日軍陣地，殲滅了不少日軍，但剩下的日軍仍佔據着兩地的主要陣地。
與此同時，129師385旅和新編第十旅在外圍的阻擊戰也於同日打響。當分別從武鄉、遼縣出動的2500多名日軍向關家堖增援時，遭到三八五旅和新編第十旅的頑強阻擊。
此外，由黎城等地出動的數千名日軍機動部隊，繼續向關家堖開進。
在此情況下，386旅又派出一個團前去擔任阻擊任務，八路軍其他各部則於10月31日重新組織兵力對關家堖和柳樹堖的日軍發起了進攻，力爭在日軍援軍到來之前殲滅岡崎大隊，結束戰鬥。
然而馳援日軍最終逼近關家堖，八路軍不得不撤退，於是乎此戰八路軍總部調動了近萬兵力卻沒能殲滅五百日軍。
這一仗打下來八路軍不但自身損失極爲慘重，還致使部分突入關家腦的日軍突圍成功，而此戰也被彭老總視爲自己戎馬一生的四大敗仗之一。
雖說此戰八路軍打的確實令人很不滿意，但也絕不像小鬼子說的那樣500對兩萬還殲滅一萬，此戰八路軍個部隊加起來確實有兩萬多人，但是絕大多數都在外圍阻擊日軍的援兵，真正參加攻堅的只有五千人左右。
而且此戰的結果也沒有日軍說的那樣誇張，根據戰後披露的資料顯示，此戰八路軍傷亡2000多人，而日軍傷亡，三百多人。
雖說如此，但是此戰也是抗戰史上八路軍爲數不多的以我軍失利結束大規模攻堅戰，而且傷亡比爲10：1，說是一場徹頭徹尾的大敗仗也不爲過。
然而現在這場戰鬥卻被小鬼子拿出來當作典型宣傳，這對八路軍的聲譽造成了極大的影響，也讓八路軍前段時間浴血奮戰拼出來的讚譽一夜之間化爲了泡影。
面對全國民衆的質疑，八路軍總部也頗感無奈！
當時的情況由不得他們不打，因爲水腰子兵工廠就在邊上，不打的話後果不堪設想。
而小鬼子的那個大隊長也是個作戰經驗極其豐富的傢伙，他被八路軍包圍之後非但沒有圖爲，反而眼光敏銳的搶佔了關家腦這一易守難攻的戰略制高點。
那傢伙甚至於還想以此爲中心，將八路軍主力吸引過來，然後讓第36師團的主力在外圍形成一個巨大的包圍圈，將八路軍總部以及129師的部分主力一口喫掉。
不管是彭老總還是八路軍其他部隊都是被那個岡崎中佐逼到了刀尖上，不管付出多麼慘重的代價都必須打，纔會造成眼下被動的局面。
八路軍總部倒是想要通過一場酣暢淋漓的戰鬥迴應國人的質疑，然而現在已經進入了百團大戰的第三階段，在日軍得到援兵的情況下，八路軍根本不可能再發動大規模的反擊了。
反觀日軍卻在不斷地集中兵力向各個八路軍根據地進行殘酷的掃蕩，不管是129師還是晉察冀軍區等部隊都承受了巨大的壓力，就連八路軍總部也在不斷地轉移。
關家腦戰役之後，八路軍總部是徹底的被架到了火上烤，處境非常的尷尬，卻又很無奈！
消息傳到魯西，周衛國心裏暗怒，這些狗日的小鬼子還真的是混賬，不遺餘力的帶節奏詆譭八路軍！
好在魯西的兩萬五千多大軍已經整裝待發，現在就等他一聲令下來！
當下周衛國便不再猶豫，當即命令麾下的8個步兵團外加部分技術兵種立即行動，按照既定計劃向冀南地區發動進攻。
小鬼子不是叫囂八路軍是土雞瓦狗不堪一擊嗎，周衛國倒是想看看這些小鬼子當聽到八路軍攻佔冀南之後會是什麼樣的表情。
還有國內那些質疑八路軍戰鬥力的人，周衛國也不想多說什麼，唯有實力才能打臉！
此時周衛國唯一想說的是——咱們戰場見！