9 月 5 日，在独立第 2 混成旅团旅团长本多政材的示意下，负责进攻李家寨、罗家山一线的步兵第 1 联队在 30 余架飞机的掩护下，以重火力开道，向着李家寨、罗家山阵地发起猛攻。
此时的李家寨和罗家山阵地，由于日军多日来飞机大炮轮番轰炸，守军的士气低落，一时间竟然滋生了恐日的情绪。对于阵地上士兵的情绪变化，第 425 团团长李在溪和第 402 团团长刘庸之都没有察觉到。因此战斗一开始，守军就落入了下风。
此次进攻，日军改变了步坦协同的战术，只是以步兵发起佯攻，吸引守军进入阵地，之后再集中坦克、大炮、飞机的火力，猛烈轰炸守军阵地。于是这样守军就处在了一个很尴尬的地步，守军伤不到日军，却又不敢撤退，因此就只能待在阵地上忍受着日军狂轰滥炸，使得守军的士气再一次下降。
下午时分，日军再次猛攻李家寨、罗家山阵地，守军根本拦不住，眼看着前线阵地有失守的态势。于是危急时刻，第 425 团团长李在溪立即向天镇城内的李服膺请求增援。收到电报李服膺当即组织兵力增援，双方鏖战一天，最终还是艰难的守住了李家寨、罗家山阵地。
与此同时，瓦窑口方向的高朝栋第 426 团也在与日军鏖战。在瓦窑口方向，由于地形比较平坦，因此日军就采用了常规的步坦协同战术。日军以数辆装甲车、坦克分批轮番掩护步兵进攻。高朝栋根据日军的战术，在阵地前埋设了大量的地雷，用以阻击日军的坦克进攻，同时又以步兵猛烈射击日军步兵。
但是进攻瓦窑口的日军在看到装甲车、坦克被守军的地雷所阻后，步兵又因此暴露在了守军武器的有效射程内遭到守军的火力打击，进攻不得不撤退下来后，集中大炮、飞机狂轰滥炸。不过由于高朝栋的应对得当，日军始终没有突破瓦窑口阵地。
整整一天，瓦窑口、李家寨、罗家山均遭到了日军猛攻，守军死伤惨重，不过阵地还是没有丢失。
9 月 5 日凌晨五时，李宏带着部队在伏击了一个日军车队，炸毁了日军三辆汽车，缴获了一批粮食和弹药。
凌晨六时，由于日军的围堵，李宏放弃了向积儿岭以北地区前进的计划，转道向南撤退。经过