李梦生左思右想不得其解，据小绣介绍，队伍沿途经过的村子虽然有些不是堡垒村，但村民对日军的憎恨是相同的，不会有人通风报信，即使有个别汉奸但这一路东转西绕的也不会被盯得这么准确，既然想不出原因，梦生索性不再想。
几个小时后，昏迷中的王潼被推出了手术室，森迪说王潼已经没有生命危险，只是失血过多，需要好好休养。梦生担心部队的行踪再次被暴露，王潼又不宜随队奔波，请示了总部首长后派人送王潼回晋察冀军区总部休养，王潼的妻子江涵秋也在总部工作，可以更好的照顾王潼。随后电告连柱、冯满林和吴强的部队沿途接应，确保王潼安全抵达总部。
临走时，梦生握着依旧昏迷着的王潼的手，看着他苍白的面孔，贴在他耳旁说道：“兄弟，你受了这么大的苦，哥哥一定为你报仇！”
送走了王潼，部队马上转移。路上，梦生命令褚岳任去侦察韩明举的动向。韩明举从大同出来一路烧杀抢掠目标很大，很快被侦察到他在壶流河畔的稻仓村设立了临时指挥所。魏小的情报处监听到韩明举向大同申请补充弹药物资的电讯，梦生决定伏击运输车队，一来为王潼出口恶气，二来部队的弹药也极度缺乏需要补充。
梦生命令离队部最近的二团火速靠拢集结，连柱带着二团来到队部驻地汇合后，听说了王潼的情况，连柱气得大骂韩明举，梦生用眼色制止住连柱，连柱这才注意到雅君也在屋里，样子很尴尬，忙住口不语。
为了防止走漏消息，梦生只把连柱和褚岳任留在屋里，根据情报部署了作战任务，准备在敌人运输车队的必经之路设伏。二团和队部的战斗人员趁着黑夜埋伏在路两旁的土山上，等到中午时分，敌人的运输车队才过来，当看到日军的护送部队时梦生有些吃惊，根据情报，护送车队的应当只有日军一个中队和伪军的一个营，总数不过五、六百人，梦生认为凭二团和特别行动队的一千多人打伏击蛮够用，没想到日军在沿途的据点和县城里不断地补充护卫力量，像滚雪球一样已经聚集了三百多日军和两千多伪军。日军被平型关的伏击战打得长了记性，特别是小野二伸，更是知道梦生的厉害，所以想出了沿途随时充实护送辎重部队的办法。
梦生、连柱等人看着日军的车队浩浩荡荡进入了伏击圈，所有的安排都被这突如其来的变化打乱了，连柱悄悄问梦生：“打还是不打？”
梦生看着耀武扬威的日军和狐假虎威的伪军狠狠说道：“打！总不能看着他们把武器弹药送到前线去屠杀我们的人！”说完又对身边的通信员命令道，“你回去告诉小绣，让她通知附近的县大队和游击队马上赶来。”
连柱说道：“恐怕来不及了吧？”
梦生直盯着山下的日军，说道：“我是要他们来打扫战场！”
日军的运输车队已经完全进入了包围圈，梦生大喝一声：“打！”说着抬手一枪击中了一个驾驶汽车的日军，日军驾驶员当场毙命，汽车直冲向路边一头栽下路基。褚岳任的特别行动队也起爆了埋设在路上的地雷和炸药。霎时间，爆炸声此起彼伏，一辆辆汽车被掀翻在地，路两侧的土山上子弹如下雨般泼向敌人，手榴弹象流星雨一样落入敌群激起了阵阵血雾。
一次火力齐射过后，梦生不等敌军组织抵抗便命令部队冲锋，战士们如猛虎下山冲入了敌阵。特别行动队队员们显示了巨大的战斗力，每个人都是以一当十，在敌阵中犹如虎噬羔羊，敌人往往只一个照面便被放倒在地。梦生和连柱也冲下了山，梦生拾起一个被击毙的日军军官的战刀，左劈右挑，转眼就连杀五名敌军。连柱持了一支步枪，用刺刀把一个吓傻了的伪军扎了一个透心凉。
伪军的长官见如此勇武的八路杀人简直就象切菜，首先崩溃了，沿着大路朝来时的方向没命地逃窜。其余伪军一见当官的都逃命去了，就一窝蜂地跟着逃散。伪军是见血就害怕，但日军却是见血更疯狂，不顾性命宁死不退与战士们肉搏。普通战士不是日军的对手，几个人围着一个日军也占不到便宜。伪军逃散后，特别行动队的队员们集中起来对付日军，整个战斗进行了两个多小时，而歼灭这三百日军就用了一个半小时。
这次伏击战，二团伤亡四百余人，特别行动队损失近一半，伤亡五十余人。消灭日军三百多人、伪军二百多人。缴获了大批武器弹药和各种军需物品、药品。战斗刚刚结束，小绣带着县大队和游击队也赶到了，帮忙处理伤员、运送物资。
伤痕累累的连柱看着惨烈的战场，心有余悸地对梦生说道：“如果再多三百鬼子，我们就有全军覆没的危险！”
梦生恶狠狠地说：“就算全军覆没我们也要干掉他们！更何况我们的对手只是日军，伪军一触即溃，我从来没把他们当回事！”
小绣带着县大队的队长和游击队长跑过来，对梦生说道：“首长！你们太勇敢了！这可真是狭路相逢勇者胜啊！”
游击队长说道：“有你们大部队撑腰，我们游击队打鬼子也有底气了！”
县大队队长说：“有英雄的晋北支队的领导，我们在乡村开展抗日斗争也会得到更多群众的支持！”
梦生和他们客气敷衍几句便命令部队马上转移。回到驻地，送给了游击队和县大队一批武器弹药，又把晋察冀军区急需的药品和电台电池等物品派人送到总部。
在日寇依然保持进攻的势头、国民军节节败退的形势下，继平型关大捷后晋北伏击战的胜利使八路军在全国人民心中树立起了抗日先锋的形象，提升了八路军在抗战中的地位。位于太行山的八路军总部对晋北支队的伏击战给予了极高的评价，通令八路军各部向晋北支队学习；陕北的党中央也发来嘉奖电报，并命晋北支队主要领导赴延安抗日军政大学学习。李梦生、赵连柱、冯满林、吴强奉命轮流参加学习，在抗大学习期间，四人加入了中国共产党。不久，伤愈后的王潼也前往抗大参加学习。
数月后，根据中央指示，晋察冀军区成立了晋北军分区，李梦生任军分区司令、王潼任军分区政委、赵连柱任军分区副司令、冯满林任参谋长、吴强任政治部主任。辖基干武装为：军分区直属团，赵连柱兼任团长；特务团，褚岳任任团长；独立团，由李梦生指定的原镇平军中的营长许平担任。