几千日军援兵就要到了，如果日军援兵一到，后果不堪设想。彭德怀再次命令：必须在下午4时，向日军发起总攻。

    部队再次组织对日军的进攻，血战至30日深夜，八路军终于顶住有飞机和大炮支援的日军，完全占领了关家垴高地的山顶，数十名残余日军，退缩到最后几个窑洞里。

    第3天，为了解救关家垴残余日军，驻辽县、黎城、武乡等地日军三四千人分5路出动驰援，还有飞机十余架助战，结果又付出重大代价，才抢出一部分残兵和伤员。为了避免决战，部队在彭德怀的命令下撤出战斗。

    战后彭德怀向刘伯承坦诚道歉，双方尽释前嫌。