回到老窝村驻地贺炳炎便起草电报向师部报告了战况，师首长回电予以嘉勉，并命令由旅部指挥的1营归还建制，赶到雁门关与贺廖支队主力会合，以增加支队的力量，加大对雁门关敌后的袭击力度。得到了1营的增援，贺廖支队就准备再次组织伏击。
20日晚，贺廖支队再次出动，这次是兵分两路，一路是3营抢占雁门关，一路是1营到黑石头沟伏击。21日上午，从广武开往忻口前线的一支日军车队进入伏击圈，但这次日军吸取了前两天遭伏击的经验，大约一个大队的步兵走在前面，车队走在后面，车上还有士兵随行掩护，戒备非常严密。贺炳炎见日军的掩护兵力有整整一个大队，而自己伏击部队只有1营再加团直属的警卫连迫击炮连，总共才7个连，兵力对比上并不占优。
武器装备上的差距更加悬殊，即使占据地势之优，面对日军的严密警戒，如果按原计划伏击，可能很难占到便宜，所以敌变我变，当日军车队进入伏击圈，对日军进行猛烈、突然的火力袭击后，不像以往伏击战那样出击而是立即主动撤出战斗。这次伏击又击毁日军汽车10余辆，毙伤日军100余人。此外1营在伏击战前后，破坏了黑石头沟、斗口梁子一带的七座桥梁，彻底切断了这条公路。
