眼看伏击很顺利，很快就可以结束。这时，在黑石头沟北边担任警戒的部队报告，从北面的广武方向又开来一支日军车队，也有百多辆汽车，车上满载着向忻口前线补给的弹药，也正驶进黑石头沟。还不等贺炳炎反应，日军车队已经闯进了激战中的黑石头沟，警戒部队只好迅速开火，将前面几辆汽车打着了火，后续车上的日军纷纷跳下车，然后很快集结起来，登上西侧山头，顺着山梁包抄八路军侧后，并向正在公路上出击的八路军射击，这对出击的八路军造成了很大的威胁。贺炳炎随即命令部队先不要管公路上的残余日军，赶紧重新上山抢占制高点，迎击这股日军。这个突发状况，使八路军伤亡骤然增加，就连贺炳炎的警卫员都被日军机枪打伤，贺炳炎的胸前也被一发子弹横贯穿过，在衣服上留下了两个洞。
贺炳炎看到这样情况，意识到战场形势已经急转直下，而伏击运输队的目的已经达到，就主动下令撤出战斗。这一仗，八路军击毁日军汽车三十多辆，毙伤日军200多名。八路军也付出了不小代价，伤亡103人。
