山本少佐还在挥舞指挥刀，逼迫日伪军继续攻击，马龙发现了这个顽固的法西斯分子武士道精神十足，不把他干掉不足以压制鬼子的嚣张气焰，他嘴里骂了一句：“狗日的小鬼子，我看你的武士道精神厉害，还是我马龙的枪子厉害！”他端起了冲锋枪瞄准了山本少佐的头部，“哒哒哒”一个点射，山本少佐脑袋“嘭”得一声开了花，他的身子摇晃了几下，扑通一声倒在地上。他身边的日伪军见指挥官被打死了，吓得扭头就往回跑。
竹内义雄中佐见日伪军又从山上退了回来，气得破口大骂道：“八格亚路，不许后退，继续往上冲，否则，嘶啦嘶啦的！”一个鬼子通信兵跑过来向他禀报山本少佐阵亡了，他听后感到天旋地转，山本少佐是他得力的助手，八路军打死了山本少佐，就如同砍断了他的一只胳膊，气得他哇啦哇啦直叫唤。他命令通信兵呼叫上野少佐，问增援部队什么时候能赶到小王山，但上野少佐回电道，公路上的桥梁已经被土八路炸断，他的部队一直无法赶到增援。竹内义雄中佐看了电文后，浑身冒出了冷汗，他很清楚如果不尽快带领部队冲出八路军的包围圈，他恐怕会葬身于此了。
他心里很不服气，堂堂的大日本皇军，怎么能败在这些土八路的手下，他们现在只不过占据了有力地形，只要我亲自出马，一定会反败为胜。想到这里，他浑身增添了勇气，将指挥刀一挥，朝着
山下躲避八路军子弹的日伪军“哇啦哇啦”大喊了一通，日军立马从地上爬了起来，跟在竹内义雄中佐的身边，按他指挥刀所指的方向继续发起新一轮攻击，那些伪军也只好跟在鬼子后面，有几个想逃命的，被竹内义雄用指挥刀“咔嚓咔嚓”几刀砍了脑壳。其余的伪军只好硬着头皮跟着鬼子往山上冲。
张子清和孙家新见鬼子又开始反扑了，他们进行了分工，每人带领一个中队向日伪军发起了攻击，竹内义雄指挥日军的主力，在县大队的枪林弹雨之中纷纷毙命，剩下一百四十余人在竹内义雄的率领下不顾死活地狂奔，沿着山谷的公路往东窜去。
这时，埋伏在路北的一中队战士随着枪声、手榴弹爆炸声跳出来，堵住了逃窜的日伪军，会同二中队和三中队的战士们，把这股日军包围在谷内一片乱石滩上。他们不容日伪军喘息，接连不断地冲击，鬼子们也拼命的抵抗。战士们抓起手榴弹投向敌军，炸得鬼子和汉奸鬼哭狼嚎，战士们就趁机喊话让敌人投降，那些伪军的精神已经快崩溃了，想向八路军投降，但鬼子决不允许，逼迫伪军继续抵抗，敌我双方打得更加激烈了。
此时，马龙率领侦察队也追了过来，他从鬼子的侧翼发起了攻击，他端着冲锋枪左冲右突勇不可当，他一边冲一边向残余的鬼子扫射，接连撂倒了好几个鬼子和伪军，有几个伪军见状立马举手投降了，可他们身后的一个鬼子
嘴里大骂：“八格亚路！”举起一挺歪把子几枪朝那几个伪军扫射了起来，把那几个举手投降的伪军打得东倒西歪。马龙见状气得目眦欲裂，他端起冲锋枪超那个鬼子哒哒哒扫了半梭子，几乎把鬼子的胸部打成了蜂窝煤。他干掉了这个顽抗的鬼子，又端着冲锋枪带领侦察队的队员朝着鬼子发起了冲锋，残存的鬼子和伪军在他们三面夹击之下，结果不到一小时，日伪军又死伤大半。
张子清看到全歼这股日伪军的计划已经快要实现，他随机应变，即令大队主力火速迂回，从日伪军背后出击。同时，命令一中队、两个区小队从侧翼进攻。对日军形成腹背夹击的态势。
这一行动果然有效，受到夹击的日伪军顿时大乱，竹内义雄中佐和伪军大队长刘皋一看不妙赶紧沿着一条小路逃跑，马龙带着侦察队在后面紧紧地追赶，残存的日伪军也跟在他们的后面逃窜，马龙见竹内义雄中佐和伪军大队长刘皋跑得太快了，根本追不上了，他拿过一个战士的步枪，嘴里振振有词道：“狗日的还想逃跑，看看是你们的腿快还是我的子弹快！”话音刚落，他举枪瞄准了这两个日伪军头目，扣动扳机，“砰砰”连开两枪，只见竹内义雄和刘皋站在山腰上身体像喝醉了酒似的，摇晃了几下，两个人都“噗通噗通”坠下山崖毙命了。跟在他们俩后面的日伪军见两个指挥官都被八路军的神枪手打死了，顿时信心丧失，就
放下了武器投降了。山谷的公路两侧丢下一百六十多具尸体和大量的枪支、弹药。
这时，剩下的一小股日伪军在一个鬼子小队长的带领下，继续向东逃窜，妄图与东面援兵会合。可没逃出多远，就被三中队和一个区小队给追上了，经过一阵激烈的枪战，这股鬼子和伪军基本被歼灭了。
随后县大队主力以绝对优势的兵力把山谷团团包圈起来，从不同方向开始攻击。被堵进山谷内的残敌已经无力抵抗，一直死守待援，但是，援兵久久不至，鬼子向外突了好几次，都被战士们给打了回来了，而且只剩下十几个老弱残兵，他们更加绝望了。
这时，一个年轻的日军士兵听到八路军战士喊日语口号，就把枪一丢，坐在地上号啕大哭。一人放声，众敌垂泪。战士们冲过去时，未遇到一弹抵抗，却只见日军东倒西歪、满面泥尘和泪水，痛哭不止，叫也叫不应，拖也拖不动。
枪声刚刚消失，孙家新就催促各个中队迅速打扫战场组织撤离，因为时间一拖久，日军会派飞机来轰炸，或者纠集更多的兵力来报复。战士们迅速把日伪军丢弃的枪支弹药都收集起来，随同马车上装载军需品一起拉走。
这次小王山战斗，共击毙日军八十余名，伪军一百余名，俘获日军十名，伪军近二百余名，缴获日军九二式步兵炮四门、迫击炮四门，轻重机枪十挺，