18日凌晨5时，部队从宿营地出发，沿着偏僻的山间小道向黑石头沟开进。9时许，到达预定的伏击地点，各连队迅速进入伏击位置。部队才进入阵地不一会，日军一支由100多辆汽车组成的车队就从南向北驶来，前面的几辆车拉着伤兵、死尸和护卫的士兵，后面都是空车。日军车队开过小石桥，逐渐开始向北爬坡，也就进入了伏击地点。
等日军车队全部进入伏击点，贺炳炎一声令下："打！"八路军各种火器一齐射击，迫击炮首先集中轰击前面几辆汽车，步枪、机枪则对整个车队进行火力覆盖。打头的几辆车被迫击炮击中起火，车上的日军纷纷跳车，后面的车辆也遭到猛烈的火力射击，一时间便陷入混乱。3营营长王祥发随即下令吹冲锋号，率领部队冲下山去，贺炳炎和廖汉生也带着警卫员跟着冲下山，靠前指挥。
