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此时此刻，参战部队冒雨赶赴指定位置，战斗一打响，山纵二旅六团和独立旅团，攻占了黄墩南面的蒲汪、滩井，打开了进攻甲子山的门户。教导二旅六团便攻克上涧、草岭前(属莒南县)两个村庄，歼灭朱信斋部一个连。
次日拂晓，该团又在漫天浓雾掩护下，突破三皇山和陡山河等高地。十七日夜开始向甲子山发起攻击，激战一夜，教导二旅六团从正面攻占三0六、四五0、五六0诸高地，毙伤孙焕彩部三百六十七人。
独立旅一团亦从正北突破甲子山中腰地段的李家官庄及周围高地，歼顽军一部。尔后该团与教导二旅六团联合向东扩大战果，与敌反复冲杀，最后攻占了甲子山主峰南垛和北垛。十八日，顽军分路向北逃窜。我军当即分头展开拦阻和追击。
山纵二旅六团于蒲汪截击逃跑的顽军一个营，歼其大部。十九日，教导二旅六团及独立旅一团追击到日莒公路边沿的高山头附近，与顽军孙焕彩部的两个营交火两小时，该部被歼一部，余敌窜回公路以北，我军胜利收复甲子山区，战役遂告结束。
此役毙俘顽军一千一百五十余人，缴轻机枪五挺，平射炮一门，其他军用物资甚多，我八路军伤亡四百五十余人。这次战役对顽军孙焕彩部是一次沉重打击，战后，该部人员多批携械投奔我一一一师。
这是首次对甲子山战役的胜利结束。