9时许，从测鱼镇出动的日军逐渐进入伏击圈。日军沿正太路西犯以来，一路上都没受到什么阻击，所以十分麻痹，虽然派出了警戒搜索，也是相当松懈。前队步兵与辎重部队距离约300米，后面掩护的步兵距离辎重部队更远。
日军前队步兵接近营庄时，辎重部队正好进入12连的伏击圈。王近山立即命令重机枪开火，重机枪一响，伏击部队随即向日军猛烈射击。刹那间，成群的手榴弹，密集的子弹，便全部倾泻在日军辎重部队的队列中。地形太有利了，手榴弹只消拉开导火索，随手往下扔就可以准确落到日军队列中。正在行进中的日军，被这突如其来的袭击完全打懵了，还没搞清是怎么回事，便已经死伤了一大片。
这时，11连按照原定计划，迅速抢占了七亘村南大道两侧及西南的定盘山，将日军步兵和辎重部队分割截断。当日军前队步兵企图掉头增援辎重部队时，就遭到了11连的阻击。而日军后队的掩护部队，又被击毙的骡马以及抛弃的军用物资挡住了道路，无法与辎重部队会合。被截在中间的辎重部队，在猛烈的火力打击下，伤亡惨重，骡马也受到惊吓，四处奔跑，在狭窄的道路上自相践踏，有不少人被挤下了路北的深沟，使整个战场更加混乱。残存的日军好不容易回过神来，开始向东石门方向逃窜，刚跑到甲南峪，就遭到了预先埋伏在那里的特务连1个排的猛烈袭击，又被打得乱成一团。这时王近山命令预备队的9连、10连投入战斗。11连、12连也从山上猛冲下来，与残余的日军展开白刃战。
两个多小时后，枪声、喊杀声渐渐沉寂下来。日军辎重部队除少数逃回测鱼镇外，其余大都被歼。此战八路军毙伤日军20师团辎重队300余人，缴获骡马300余匹和一批军用物资，772团的伤亡才10多人，打了一场干脆漂亮的伏击战。
