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總攻令下，楊得誌、蘇振華迅即調整部署：第一旅、第二旅主力分由馬營東南和東北攻擊馬營，第三旅並二縱十九團，向前後旗杆章攻擊。下午4時，戰鬥發起，擔任主攻的七團三營首先突入馬營，敵人拚死對峙，戰鬥異常慘烈艱苦。八連指導員徐三泰和營部通訊班長等，被敵人包圍在一個獨立家屋的棉花房內，未能突出，彈盡負傷，被敵捉住活埋。二十團突擊部隊攻前旗杆章東部，激戰中傷亡慘重，團長王大順壯烈犧牲。十六團由東南、十九團由西南突入前旗杆章，但遭到村內數倍於己的敵人頑抗阻擊，經堅決攻擊僅奪取突破口附近部分院落，十六團參謀長劉翻身壯烈犧牲。十九團二梯隊繼而增援，也被敵密集火力封鎖在突破口外。突入部隊不得已於拂曉撤出戰鬥。最先攻入前旗杆章的十六團卻被敵人包圍在村內，與一縱指揮部失去了聯係。11月1日上午，楊得誌、蘇振華決心放棄對馬營和後旗杆章的攻擊，集中主力采用劉鄧慣用的“猛虎掏心”戰術，重點攻擊前旗杆章，實現首先擊滅首腦部的要求。楊得誌把突擊任務又一次交給第一旅旅長楊俊生。命令楊俊生攻入前旗杆章後，迅速與困在村內的十六團取得聯係。自白天以來，已聽不到前旗杆章村內的槍炮聲，楊得誌沉默一會又對楊俊生說：“如第十六團已經被敵人吃掉了，就由你們單獨執行攻擊敵首腦部的任務。你們肩上的擔子很重，全縱隊都在看著你們。”
楊俊生剛領到任務，一旅那邊已口號震天：“堅決打掉敵人長官部！”“英勇殺敵，為人民立戰功！”下午6時，太陽已經落山，剛在崔曲前線旗開得勝的三營教導員周滌民，又一次帶著七連隱蔽接近前旗杆章，出敵不意地在西南角打開突破口，迅速向村內擴展。這時，敵人經過晝夜苦戰，已筋疲力盡，除警戒分隊和值班火器外，其餘都在地堡、工事、戰壕內東倒西歪地休息。七連和隨之而入的突擊部隊如神兵天降，竟使敵人驚呆了，片刻後才倉促應戰，而那些來不及反抗的竟邊撤邊放火燒民房，企圖用大火阻住中共部隊攻擊。熊熊烈火，濃煙四起，喊殺聲伴著槍炮聲，前旗杆章村一片混亂沸揚。
三營很快攻到馬法五的長官部駐地黃龍廟西側，遭到猛烈火力阻擊，蔣軍幾乎將所有的輕重武器全部集中這個依托廟宇圍牆修築的工事裏孤注一擲。一次次攻擊，一次次受阻，倒下一批勇士，又上來一批。教導員周滌民也負傷了，他把七連指導員石玉昌、九連指導員李讚秀喊來，喘息著說：“不管有什麼困難，你們都要想辦法克服……一句話，拚命也要拿下馬法五的長官部！”石、李當即立下軍令狀：“放心，打不下馬法五長官部，我們不來見你！”
決死戰鬥開始了！在強大火力掩護下，石玉昌帶領突擊隊架起長梯，從廟牆東麵攀牆而上，與扼守的蔣軍展開白刃格鬥。敵兵在長官的督戰下，成群成群地瘋狂反撲，先是用機槍、衝鋒槍掃射，繼而用手榴彈、手雷投擲，接著又用石塊、槍托、滾木、門板、開水等，來打擊攀牆登梯的勇士。七連、九連前仆後繼，輪番架梯攀登，終於以血的代價打開了黃龍廟突破口，首先衝入長官部，打掉了敵首腦指揮係統。頑抗的蔣軍失去了指揮，頓時亂作一團，忽然又像得到什麼指示，一窩蜂地朝西南方向擁去。原來是馬法五帶著貼身警衛隊向那邊突圍。楊得誌一聲令下：“決不能讓馬法五跑掉！”於是一旅、二旅、三旅全部出動，漫山遍野地追殲潰逃之敵。
這時，前旗杆章西南幾公裏的野外，像個圍獵場，追擊的、截擊的、阻擊的部隊各顯神通，各逞技能。戰鬥到11月2日中午，一縱三旅二團警衛連傳來捷報：活捉了國民黨第十一戰區副司令長官馬法五。至此，平漢戰役勝利結束。計殲滅一個戰區長官部、三個軍、7個師外加一個縱隊，共3萬餘人（含高樹勳起義部隊在內）。迫使蔣介石不得不回到談判桌上進行停戰協定的談判。
平漢戰役結束後，晉冀魯豫軍區根據中央軍委指示，對全區部隊進行新編組，來迎接新的鬥爭，共組成6個野戰縱隊：第一縱隊，司令員楊得誌，政治委員蘇振華；第二縱隊，司令員陳再道，政治委員宋任窮；第三縱隊，司令員陳錫聯，政治委員彭濤；第四縱隊，司令員陳賡，政治委員謝富治；第六縱隊，司令員王宏坤，政治委員段君毅；第七縱隊，司令員楊勇，政治委員張霖之。至此，晉冀魯豫野戰軍和地方部隊發展到31萬人，經過上黨、平漢兩個戰役後，裝備有了很大改善，基本完成了由遊擊戰到運動戰的轉變。後來，於1945年12月底，野戰軍總部在劉鄧的率領下，整隊出發，離開了太行山這個8年抗戰的根據地，離開了赤岸小山村，向東邁進，去迎接新的更偉大的戰鬥。