1939年11月6日下午，当阿部规秀的部队进入黄土岭时，八路军主力已经在黄土岭以东的山谷地区设下了伏击圈。阿部见地形险恶，意识到很可能会有八路军伏击，所以他在黄土岭过夜，次日凌晨便决定继续东进，经寨陀村、煤头店、浮图峪返回涞源。

7日清晨，日军开始行动。一分区政委罗元发回忆说：“阿部规秀在山地战中确实有一套。前进时十分警惕，总是由约30多人的先头部队携好几挺轻重机枪，先行占领路侧小高地，然后大队才跟进。这样反复交替前进，足以看出阿部规秀是个很难对付的劲敌。”中午时分，日军的先头部队到达黄土岭东面的寨陀村，但主力却还在上庄子一线。直到下午3时许，后卫部队才离开黄土岭。阿部是故意把部队拉得这样长，想通过这种方式使八路军的伏击圈装不下他的全部兵力。尽管如此，日军还是一步步踏进了伏击圈。八路军一直耐心地等日军大部分都进入伏击圈后，才开始攻击，第1团、第25团迎头杀出，第3团和第2团从两翼，形成西南北三面合击之势。八路军集中4个主力团的100余挺机枪从各个山头向日军猛烈射击，然后发起冲锋。经过反复冲杀，日军被压缩在黄土岭、上庄子附近一条长约1000米、宽仅有百十米的山沟里。

指挥这次战斗的杨成武将军

阿部组织部队向寨坨村方向猛冲，但遭到八路军顽强阻击，便又改变方向，掉头向西，妄图从黄土岭方向突围逃回涞源。在黄土岭一线的3团坚守阵地，苦战不退。好在120师特务团及时赶到，从3团的左侧加入战斗，终于挫败了日军的突围企图。

7日16时许，战斗正在激烈进行，1团团长陈正湘发现黄土岭与上庄子之间的教场村(距离黄土岭约1000米)附近，一座独立院落不时有日军军官进出，判断为日军指挥所，于是立即调军分区炮兵连进行炮击。在杨九祥连长的指挥下，炮手李二喜连开四炮，第一发测距，第二发打远，第三发打近，第四发就非常精准地在院子里爆炸——这样的四发射击法是非常标准的炮击程序，而八路军当时也就只有四发炮弹！当时，阿部就坐在正房门口，没想到会这么准，炮弹就在正房门口爆炸，阿部腹部和双腿多处被弹片击中，到了晚上9时许伤重而死。

炮手李二喜

阿部死后，独立混成第2旅团独立第3大队大队长绿川忠治大佐接替指挥。11月8日天亮后，在飞机掩护下拼死突围。这时由蔚县、易县、满城、唐县、完县出动增援的日军都在向黄土岭方向全力攻击。八路军接到多路日军正向黄土岭靠拢的消息，为避免遭敌合击，便主动撤出战斗。这一战毙伤日军900多人，八路军伤亡也有500多人。

缴获的大批物资

影响深远

黄土岭一战共毙伤日军900多人，缴获满载军用物资的骡马大车200辆，山炮5门以及大量的枪支弹药，是继平型关大捷之后的又一次大捷。由于黄土岭伏击战与雁宿崖伏击战时间上是连续的，且有一定的相关性，所以，也有人将它们看作是一场战斗，如果从这个角度看，那么雁宿崖－黄土岭两次伏击战的战果要超过平型关一战。黄土岭一战的意义不仅在于消灭了900多日军，更重要的是，我八路军炮兵击毙了日军的山地战专家、中将阿部规秀，他是抗战以来，中国军队击毙的最高军衔的日军军官，也是在整个抗战过程中，中国军队击毙的最高军衔的日军军官之一。雁宿崖－黄土岭一战也成为中国抗战史上最辉煌的战役之一，对于污蔑八路军“游而不击”的言论，作出了最好的回答。

此后不久，蒋介石给朱德发来贺电：

朱总司令：

据敌皓日(19日)播音，敌村部队本月江日向冀西涞源进犯……支日阿部中将率部驰援，复陷我重围，阿部中将当场毙命等语。足见我官兵杀敌英勇，殊堪奖慰。饬将上项战斗经过及出力官兵详查具报，以凭奖赏，为要。

中正

随后，国民政府奖励黄土岭战斗有功部队军资三万元。

我八路军最初并不知道击毙了日军中将“名将之花”阿部规秀，聂荣臻和延安都是从广播中得到阿部毙命的消息，毛泽东要聂荣臻查证此事，并要求奖励有功部队。聂荣臻把喜讯告诉了杨成武后，杨成武赶紧命令部队查找阿部的遗物，很快，阿部带有将星的呢子大衣从一个战士身上脱了下来，又找到一把嵌金包银的指挥刀，这两样东西最后被送到了延安。曾击毙日本侵略者中将“名将之花”阿部规秀的迫击炮现在被国家列为一级文物。