切斷日軍交通
10月17日，賀廖支隊從老窩村出發，到達雁門關以南距離公路不遠的王莊、秦莊隱蔽宿營。賀炳炎和廖漢生帶著營連幹部到黑石頭溝實地觀察地形，確定伏擊部署。這一帶地勢是南低北高，公路就在兩山之間的溝底，溝南側有一座小石橋，只要炸掉石橋就可以切斷公路。公路兩邊山頭也很適合隱蔽部隊，是個打伏擊的好地點。賀炳炎將伏擊部隊全部埋伏在公路西側山頭上，指揮部就設在伏擊部隊後面的一處山頭。
18日凌晨5時，部隊從宿營地出發，沿著偏僻的山間小道向黑石頭溝開進。9時許，到達預定的伏擊地點，各連隊迅速進入伏擊位置。部隊才進入陣地不一會，日軍一支由100多輛汽車組成的車隊就從南向北駛來，前面的幾輛車拉著傷兵、死屍和護衛的士兵，後面都是空車。日軍車隊開過小石橋，逐漸開始向北爬坡，也就進入了伏擊地點。
等日軍車隊全部進入伏擊點，賀炳炎一聲令下：“打！”八路軍各種火器一齊射擊，迫擊炮首先集中轟擊前面幾輛汽車，步槍、機槍則對整個車隊進行火力覆蓋。打頭的幾輛車被迫擊炮擊中起火，車上的日軍紛紛跳車，後面的車輛也遭到猛烈的火力射擊，一時間便陷入混亂。3營營長王祥發隨即下令吹衝鋒號，率領部隊衝下山去，賀炳炎和廖漢生也帶著警衛員跟著衝下山，靠前指揮。
眼看伏擊很順利，很快就可以結束。這時，在黑石頭溝北邊擔任警戒的部隊報告，從北面的廣武方向又開來一支日軍車隊，也有百多輛汽車，車上滿載著向忻口前線補給的彈藥，也正駛進黑石頭溝。還不等賀炳炎反應，日軍車隊已經闖進了激戰中的黑石頭溝，警戒部隊只好迅速開火，將前面幾輛汽車打著了火，後續車上的日軍紛紛跳下車，然後很快集結起來，登上西側山頭，順著山梁包抄八路軍側後，並向正在公路上出擊的八路軍射擊，這對出擊的八路軍造成了很大的威脅。賀炳炎隨即命令部隊先不要管公路上的殘餘日軍，趕緊重新上山搶占制高點，迎擊這股日軍。這個突發狀況，使八路軍傷亡驟然增加，就連賀炳炎的警衛員都被日軍機槍打傷，賀炳炎的胸前也被一發子彈橫貫穿過，在衣服上留下了兩個洞。
賀炳炎看到這樣情況，意識到戰場形勢已經急轉直下，而伏擊運輸隊的目的已經達到，就主動下令撤出戰鬥。這一仗，八路軍擊毀日軍汽車三十多輛，斃傷日軍200多名。八路軍也付出了不小代價，傷亡103人。
回到老窩村駐地賀炳炎便起草電報向師部報告了戰況，師首長回電予以嘉勉，並命令由旅部指揮的1營歸還建制，趕到雁門關與賀廖支隊主力會合，以增加支隊的力量，加大對雁門關敵後的襲擊力度。得到了1營的增援，賀廖支隊就準備再次組織伏擊。
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