“日军已经钻进’口袋，老陈，你就下作战命令吧！”这天，罗荣桓和陈光一直站在梁山附近的山坡上用望远镜观察战场和敌情，下午5时许，罗荣桓见诱敌深入的计划已经完成，向陈光建议说。“好的！”陈光清了一下嗓子，立即向身边的作战参谋口授了作战命令。
晚上8时，3发信号弹腾空而起，发起攻击长田大队的时间到了。八路军战士们在轻重机枪的掩护下，猛虎似的扑向敌人。三营十连迅速夺取独山高地后，依托有利地形，切断了敌军的退路。三营十一连和十二连也是旗开得胜，完成了预定的作战任务，并正在向十连的方向攻击前进。日伪军在遭到突然打击之下，一时蒙头转向，不知所措，你挤我拥，四处逃窜。
长田敏江惊魂稍定后，见我军攻势凶猛，方才清醒过来，原来钻进了八路军主力部队的圈套，遂即迅速调整部队，并立即分成十几个战斗组，在密集的火力支援下疯狂地反扑。其中，日军重点攻打已被十连占领的独山高地。在炮火掩护下，日伪军以两个小队的兵力向我十连阵地连续发起了6次冲锋，均被我军以手榴弹和肉搏战反击下去。当发起第7次攻击时，十连仅剩30余人顽强坚守。危急关头，日军侧后突然先后杀出两支队伍，打得敌军措手不及，原来这是三营十一、十二两连赶来参战。在我军三面夹击下，日军的第7次冲锋被打垮。随后，十连守卫独山高地、十一连自南侧，十二连自东侧，特务营二连和骑兵连自北侧，向村内发起进攻。
这是一场比意志赛勇敢的考验。我英雄战士个个浑身是胆，人人无所畏惧，哪里有敌人就向哪里扑，前面倒下了，后面又跟上，子弹打光了，就用刺刀捅，刺刀捅弯了，就用枪托砸，用拳打，用脚踢，用牙咬，用头撞……战斗进行了约两个小时，双方部队都有较大的伤亡。
此时，长田敏江深感末日来临，便把剩余残部集中起来，全部退入了独山南坡的10多座石灰窑和大车店院内，架起机枪猛烈扫射，以优势的火力进行顽抗，企图固守待援。我军集中兵力进攻大车店院，但因敌优势火力败退下来。为适应战斗形势的发展，我军也需要做相应的部署调整，便暂停了新一轮攻击。
午夜时分，戴润生到师部汇报战斗进展情况，罗荣桓政委称赞他们：“打得好！”并指示：“长田大队孤军深入，遭我围歼，伤亡惨重，企图固守待援。但敌人附近各据点兵力空虚，所以敌大规模援兵最早要明天中午才能到达。现在战斗形势对我们非常有利，你们要集中力量，一鼓作气，穷追猛打，争取明天上午零点前，把敌全歼，结束战斗。”
被八路军总部和国民政府 嘉誉为“模范歼灭战”
8月3日拂晓时分，我军发起歼灭长田大队残敌的总攻。
我军在独山上集中了10余挺轻重机枪和掷弹筒，组成密集的火力网，居高临下，向龟缩在大车店院内的残敌猛烈射击。困兽犹斗的长田敏江，挥舞指挥刀逼着士兵上阵拼杀。在密集的火力下，敌人扔下一片片尸体逃回房内。三营排长李炳祥率领的突击队，趁此机会向敌发起猛攻，与日军展开逐屋逐房的争夺。我军主力紧随其后。敌人感到形势不妙，调转炮口，连续朝东平湖方向射击，妄图以炮声报信求援。
三营班长曹大顺带着5个战士匍匐前进，摸到一个已成为日军机枪火力点的石灰窑旁。一个战士掏出一颗手榴弹扔进洞里，只听“轰”的一声巨响，日军的机枪“哑”了。这时，曹大顺从敌人炮声判断出炮兵阵地就在附近，就招呼6个战士绕到敌炮兵阵地后面，却意外地发现炮兵阵地上的敌人并不多，且大多没有武器。于是这7个勇士立即冲了过来，一阵猛刺，消灭了日本炮兵，夺取了3门火炮。
东方发亮时，日军士兵20余人拼死向青纱帐逃窜，师特务营的骑兵连飞马扬刀，冲上去奋力拼杀。这时，被我军转移出去的老百姓听说八路军正在痛歼日军，也纷纷回来助战，冒着枪林弹雨帮助我军抓俘虏，治伤员。除部分伪军和极少数日军侥幸逃脱外，其余不是被擒就是被击毙。
部队在打扫战场时，在旧石灰窑外的一处洼地里，发现了一个穿着衬衣、身材矮胖的日军军官尸体，一把指挥刀从前胸穿透后背，旁边军服胸章后面写着：“大日本皇军三二师团长田大队长长田敏江少佐（第三十二师团长田大队少佐大队长长田敏江）”。原来，长田敏江深知，此次失败让日本皇族的颜面丢尽，于是便自杀向天皇“谢罪”了。
梁山歼灭战共击毙日军320余人，俘获日军士兵24人，长田大队几乎全军覆没。缴获意大利制造的“八八”野战炮两门、九二式步兵炮一门、轻重机枪15挺、步枪150余支、战马50余匹……
梁山歼灭战是继平型关大捷后，我英勇的八路军创造的兵力与日军相当，在武器装备上处于劣势的情况下，全歼日军一个大队的模范战例。这一胜利不仅给了敌人沉重一击，威震鲁西，享誉山东，而且在中国抗日战争史上写下了辉煌一页。八路军总部和国民政府均嘉誉此战为“模范歼灭战”。
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