很快，吕世清带着调令面见黑木，并以探望旧主为由请求在赴便衣队就职前见吕英一面。黑木未起疑心，当即安排其前往张治平住所。而在另一边，山下聪与村田正部署进攻吕家寨的作战计划：先遣骑兵侦察八路军主力动向，发现目标立即实施包围，同时调集重炮战车支援攻坚。恰好日军旅团部传来通报，称115师独立团已进入其围剿区域，遂命令所部立即搜索歼灭，村田得令后即刻展开行动。
周密向刘柏松提出作战方案，部队休整至下午四点后，由二、三中队将敌军诱至松山峪山区，一中队则伪装成独立团向白石村方向佯动。刘柏松认为部队需要更充分的休整，未予采纳。恰在此时，前线急报日军已对吕家寨、张家庄等村发起进攻，刘柏松当即下令全体紧急集合，火速开赴战场。
此刻，吕世清突然造访张治平住所，假称受张父与吕世才之托前来探望，言语间试探性地劝说吕英随张治平返回吕家寨。正当吕英犹豫不决之际，张治平适时推门而入，佯装热络地招呼吕世清，借递烟之机敏锐地注意到对方腰间配枪与证件。
张治平故意将话题引向抗日话题，吕世清果然中计，假意劝诱张治平投共。张治平当即拔枪将其击毙，随后命人将尸体抬至黑木与小野处，怒斥吕世清以策反为名行试探之实，直至击毙后才发现其便衣队身份。黑木等人并不知晓吕世清实为山下聪所派，被张治平逼真的表演所震慑，只得连连致歉，并设宴赔罪以平息事态。
当夜，八路军按预定计划发起突袭，以迅雷之势攻占城楼与城门，同时分兵袭击警备团驻地、警察局、日军营房及军火库。张治平趁机施展连环计，佯装拼死保护小野等日军军官，成功博取其信任。激战过后，城内日伪军几近全歼，八路军缴获大批军火，满载十余辆大车的武器弹药与军用物资凯旋而归。
黑木匆忙赶到日军指挥部，向山下聪和村田汇报前线战况，请求增援。山下聪不甘心就这么放过挺进支队，决定集中现有兵力发动最后一次总攻。随后，日军炮兵向八路军阵地发射毒气弹，黄色毒雾在山间弥漫。刘柏松和周密指挥部队坚守阵地，继续作战。
刘柏松率领预备队冲入前线阵地，刺刀在硝烟中闪着寒光，敌我双方在狭窄的战壕里展开惨烈白刃战，鲜血浸透了黄土。同一时间里，周密指挥卫生员抢救中毒倒地的战士，因为将面罩给了一名重伤员，导致他肺部受损，在剧烈咳嗽中，仍坚持组织伤员转移。
村田见久攻不下，下令部队撤退，转而调集兵力围剿崮城县附近的八路军主力。山下聪提议以少量精锐部队实施迂回突袭，得到村田的同意。反观四中队突破了围剿，刘柏松看着尸横遍野的战场，心中不甘武器装备永远落后日军。国民党二十七师师长齐梦龙率领残部来见周密等人，开门见山地说明了他们防区被日军侵占，损失惨重，不得已才来到八路军的防区暂作调整，其中队伍里有很多女人和孩子。周密知道后，决定让齐梦龙暂时安顿在松山峪，他们则是回白石村进行防御。
