1941年11月13日拂晓，日军集中十余门火炮，向着桃花寨、跑马站1461高地和高地后边大断崖上第四连的工事开始猛烈炮击。炮火刚停，第四连阵地前沿马上响起枪声。欧致富急忙打电话询问是怎么回事。原来几十个日军在夜间偷偷地爬上了大断崖，第四连第一排阵地被突破，副排长陈启富正率领两个班的战士进行反击。

此时，总部指挥所里的左权正伏在地图前，密切地关注着战斗的进展情况。从战斗一打响，左权就昼夜守在地图边，指挥战斗。早在组织构筑工事时，左权就坚持亲自实地勘察，并逐个给工事编了序号，这会儿都派上用场了。敌人到了几号工事前，哪个地方来了多少敌人，他在指挥部的地图上标好，情况掌握得一清二楚。

左权得知日军正向桃花寨组织力量进攻，已攻上了断崖，便立刻命令：特务团在南口右侧留少数守备部队，每个重要工事留两个人，其余的人集中起来作预备队用；要以跑马站为重点防区，注意以变应变；通知徐长勋厂长，组织工人自卫队准备战斗，让工厂里会说日语的工人向鬼子喊话；最后，通知一二九师第三八五、第三八六旅火速向黄崖洞靠拢，接近敌人后，可派小部队与其接触，将主力隐蔽起来，待机歼敌。

左权随后要话务员接通了特务团的电话。左权在电话里提醒欧致富，要沉着，要待机行动，以变应变，并说详细步骤已由电报下达。

欧致富接到电报后，马上调整部署，令参谋长郭双江带领第四连第二、第三排和第七连进行反击。经过英勇奋战，特务团的指战员又恢复了第四连的前沿阵地。但有少数敌人爬到跑马站高地石崖缝里躲了起来，当时未能发现。过了一段时间后，敌人又组织起新的进攻。

这时，欧致富来到了第二营的指挥所。经过观察，欧致富认为日军从最难最险的地方下手，主要是想争夺跑马站山下的沟，借路进攻兵工厂所在的水窖洞。于是他把情况向左权作了汇报，并建议给敌人让出一条路，守备部队都撤到山上，在“一线天”沟底布雷，然后两边火力夹击，把敌人消灭在沟底。左权对着地图思考了一会儿，最后同意欧致富的建议。

特务团的这一招果然奏效。日军打了一上午，零零星星被消灭好几十人，才推进200多米。即便如此，日军也颇为得意。他们一面催促后面的人迅速跟着攀崖，巩固刚占领的地段，一面从右侧攻下沟来，企图一举攻占水窖洞的洞口。开始，日军急于占领洞口，多路攻击前进，结果踩响了好多地雷。为减少伤亡，他们又改成一路进攻。这样一来，便陷入了特务团左侧高地和水窖洞口右侧崖上两翼火力的夹击之中。日军是躲不开又逃不掉。整整一个下午，突进到沟底的200多日军，还未接近水窖洞口的核心工事，就悉数被歼。

日军吃了八路军侧射火力的亏，14日便改攻特务团第二营桃花寨西山及1568高地，企图消除侧翼的火力威胁。但战斗一开始，敌人的进攻就被特务团第四连第二排的战士顶住了。整个上午，战斗都处于胶着状态。欧致富担心部队伤亡过大，命令第二排撤到连主要阵地。日军占了特务团第四连第二排阵地后，稍加巩固，便向水窖洞口阵地猛攻。不过，此时敌人已是强弩之末，攻到傍晚便没了后劲，草草收兵。

15日，日军加强了兵力和火力，分兵两路围攻特务团第八连防守的水窖洞口工厂区。战斗出现了四天以来最激烈的场面：弹若飞蝗，炮似连珠，爆炸声不绝于耳，黄崖洞上硝烟迷漫，天昏地暗。特务团第八连指战员以一当十，打退了敌人的数次进攻，守住了南口到断桥的通道和水窖洞口的阵地。

欧致富一边指挥战斗，一边将情况向八路军总部作了报告。彭德怀指示，敌人无非想“参观”一下兵工厂，机器搬完了，就让他们爬进去参观好了。左权在电话里问欧致富，五天时间已经到了，能否再坚持。欧致富很有信心地回答说还能再坚持五天。左权高兴地告诉他，八路军的外援部队即将赶到，特务团把敌人再拴个三四天就足够了。但他要求特务团一定要以静制动，晚上把所有部队撤到第二线，既要诱敌深入，又要顽强防守。天黑后，欧致富按照左权的指示调整了部署。第七、八连除坚守阵地的外，其他人员乘夜幕在通往水窖洞口的路上及敌人的退路上布雷，随后撤到第二线。这样一来，战局又活了，特务团又可以居高临下作战了。

16日一整天，敌人还是被拦阻在水窖洞口，进不了工厂区。恼羞成怒的日军使用了火焰喷射器，水窖洞口阵地顿时烈焰腾腾。晚上，欧致富向左权报告，兵工厂机器设备已转移完毕，只剩下一个大锅炉无法转移，请求指示。左权要欧致富派人把工厂的所有厂房全部炸毁，特别是那座锅炉房，把石头炸塌后，在其周围埋上地雷，并做好标记。左权交代，这样做是为了给敌人以兵工厂已被其炮弹炸毁的假象，保护锅炉，防止敌人破坏。特务团的战士们执行完此项任务后，主动撤离水窖洞口和断桥南口阵地，并将敌人占领的水窖洞口主阵地全部用地雷封锁起来。

至此，仗已打了六天，可是日军却连兵工厂是什么样子都还不曾见到。一个小小的黄崖洞，让骄横不可一世的日本“皇军”吃尽了苦头，也丢尽了颜面。第三十六师团师团长舞传男坐立不安，一个劲地骂手下蠢笨无能。他还给进攻部队的几个主要指挥官下了死命令，两天内必须攻下黄崖洞，否则要他们以死来谢罪。