10月30日16时，第二次攻击开始。此时，769团已成功地挖通了通往关家垴山顶的暗道。发起攻击后，769团再次对日军进行猛攻，其中一部经暗道向关家垴山顶爬去，另一部隐蔽在壕坎下面。同时派突击队攀上陡崖。
关家垴山顶的日军以为八路军还从斜坡往上攻，正全神贯注地盯着斜坡，没想到八路军突然从他们屁股后面冒出。一阵手榴弹响过之后，关家垴山顶阵地上的日军顿时陷入混乱之中。隐蔽在壕坎下的突击队趁势迅速冲上去，双方随即在关家垴山顶展开激战。769团的后续部队也不断攻上垴顶，加入战斗，最终控制了制高点。
