同时，772团和决死第1纵队25团、16团等部也先后攻上关家垴。经过激烈的肉搏，日军一部被歼，其余则退到了半山腰的窑洞中，拼死抵抗，火力仍然很猛。

　　八路军向关家垴连续发动了18次进攻，终于攻占了日军的第一道防线。然而，由于八路军缺少重型武器，围歼日军余部的战斗进展缓慢。直至深夜，日军仍顽强地据守在窑洞中。

　　经过10月30日一天的激战，八路军虽有斩获，但冈崎大队仍控制着两处主要阵地。

　　悲壮的胜利

　　从武乡县、辽县出动的2500多人的日军增援部队正在向关家垴挺进，黎城等地的数千名日军机动部队也在向关家垴靠拢。385旅和新编第10旅已与增援的日军交上了火。陈赓又派出一个团前去支援。

　　关家垴之战，已打成了一场八路军4个旅(决死队1个旅含2个团)与4000多日军的大会战。

　　八路军腹背受敌，但彭德怀还是决意拿下关家垴。

　　刘伯承、陈赓见彭德怀如此坚决，只得组织部队继续攻打，力争在日军增援部队到来前解决冈崎大队。

　　10月31日16时，第三次总攻开始。

　　彭德怀一声令下，总部炮兵阵地的迫击炮连续不断地向日军占据的主阵地轰击。总部特务连和772团第一连组成的突击队在前面开路，大部队紧跟而上。