大约上午9时，接到第2军第6师报告，日军出现在馒头山与第6师遭遇。截止到黄昏，日军两个旅团被八路军4个师团团包围在馒头山地区。战斗没有任何悬念，总攻时间拟定次日临晨。总攻必须等待炮兵部队到达，因此时间延后一宿。日军发动了数次决死突围无果，次日总攻开始后，林坐在椅子上进入梦乡，显然战斗已经没有任何悬念。
独立第1炮兵师上百门火炮，打出了地动山摇的效果。日军离开了坚固的工事，即便再顽强，也架不住猛烈炮火和轰炸机的连番蹂躏。当部队发起总攻，日军的抵抗已经无法形成体系。日军被分割包围。但日军士兵依然顽强作战，誓死不投降是日军的传统。战斗一直延续了一天一夜方才结束，两个旅团日军1万多人无一漏网被全歼，反攻山西第1阶段作战胜利结束。
这天早晨，板横征四郎听完汇报，脸色煞白一言不发。司令部内所有将官都沉默不语，日军参谋长示意向南京司令部发报：102旅团、163旅团全体玉碎！”日军精心打造的山西防守体系被砍掉了一只臂膀。坦率说日军损失一万多人马没有什么，关键是八路军的攻坚能力和战场指挥艺术让日军胆寒，这是最可怕的。
八路军经过一个月连续鏖战，分别攻克大同、朔州，山西北部收复。此役，消灭日军两支完整整编旅团的捷报，迅速传遍大江南北。此战意义十分重大，预示着日军不可战胜的神话彻底破灭，也验证了八路军强大的战斗力和进攻能力。林收获最大的是，用坦克打巷战的新战法，这对以后的攻坚作战非常重要。大捷的消息传到江西第1兵团指挥部，对于即将开始的南京战役，起到了促进作用。
此时，八路军副总司令彭德怀，正在景德镇第1兵团司令部视察。彭德怀面对众将官道：“林打的不错开了一个好头。山西反攻作战第一阶段取得的胜利，说明我们战前准备充分，尤其是在战局不利的情况下，大胆改变战役部署，并在残酷的攻坚作战中，干净利索的消灭了日军两支整编旅团。然而，朔州攻坚屡屡受挫，也说明日军防守体系，战斗力依然强悍，这一点万万不能忽视。”
“彭总，林很机敏，在攻坚陷入僵局之时，发现了日军的弱点。欧阳参谋长曾反复强调，日军执行战术纪律不折不扣，但是不会变通。因此在今后的攻坚作战中，如何做到出其不意、攻其不备，随时大胆用兵是关键。”“粟裕，总部掌握大的方针，具体作战给你们充分的自主权，这一点请你放心。5月2日，贺龙第2兵团正式发起对杭州的佯攻，接下来就看你们的了。”
政委罗荣桓道：“彭总，官兵们求战的**很高，我们绝不辜负总部的希望。”“南京战役能否顺利实施，关键是岗村宁次能不能察觉到我们的意图。这一点非常重要。不过我们有应对预案，视情况而定。你们的作战计划我看了，没有什么问题，准备的很详细。我马上动身去2兵团。”
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