教导第一、第二旅集结在岭湾、上珍子地区，为战役预备队，并严密监视东、西两面之敌，保障我军后方安全。
各参战部队在马栏集结后，临时指挥部召开了营以上干部动员大会。这次会议主要讲了我军作战意图和战役战术方面要注意的问题，要求各部队密切协同，隐蔽接敌，速胜速决。
8月7日，部队从马栏出发，向预定作战地域前进。临时指挥部也从马栏村移到距爷台山10千米的凤凰山下的免鹿村。
8月8日黄昏，我军部队向爷台山敌人前沿阵地运动，进入冲击出发阵地。
午夜时分，反击战总攻开始，各部队全线出击，向爷台山敌人展开了猛烈进攻。国民党军依托工事，凭险据守，负隅顽抗。
战斗至9日凌晨4时，只新四旅第七七一团攻占孟户原、熊家山两阵地，歼敌一部。其他部队的攻击均未奏效。
为了迅速结束战斗，前线指挥部命令由第三五八旅发动进攻。旅部当即决定由八团担任主攻，第七一五团待机使用。
随后，第三五八旅政治部主任余秋里来到第八团，向连以上干部作了动员。
余秋里说：“养兵千日，用兵一时。我们在葫芦河养兵700多天，今天正是我们用武的时候。这次战斗，是对我们保卫党中央、保卫毛泽东决心的检验，是对我们大生产、大练兵成果的检验，我们一定要打好，把进犯的敌人干净、彻底地消灭在爷台山。”
在动员会上，同志们个个慷慨激昂，3个营的营长纷纷要求担任主攻的任务。
最后，我军决定以第八团第二营主攻爷台山阵地，以第三营向老庄子、宋家洼进攻，第一营为第二梯队。
第八团确定第二营担任主攻任务以后，第二营选择了大生产、大练兵中表现最好的六连作突击队。这叫“针锋相对”，敌人以固守阵地闻名的四连，碰上了我们的敢打硬仗、能攻善守、勇猛顽强的六连。
9日上午10时，进攻爷台山的战斗打响。这次战斗，第三五八旅吸取了兄弟部队攻击失利的教训，他们集中全旅的山炮3门，两个团的迫击炮8门，以猛烈的炮火压制敌人。步兵则利用炮火支援的效果勇猛前进。
攻击一开始，第二营六连在炮火支援下，利用地形隐蔽跃进，向主碉堡进逼。
敌人以所有的步枪、机枪一齐开火，对六连进行密集的拦阻射击，在冲锋道路的一片开阔地上，织起一道道火网。多数同志被敌火力压住不能抬头。
一班战士尹玉芬、孙正中、赵春霖，在副班长张殿山带领下，继续前进。在接近外壕时，冲在最前面的孙正中牺牲了，紧跟在他身后的尹玉芬、赵春霖朝敌碉堡甩出两枚手榴弹，敏捷地冲进了外壕。
附近工事里的敌人，又用一挺机枪把战士们压在外壕边上，冲在前面的副班长张殿山，是大生产中的劳动英雄，练兵中的模范，他摸到敌人工事跟前，猛地伸出双手，紧紧抓住滚烫发红的枪管，一使劲，把机枪从工事里拖了出来。消灭了封锁开阔地的暗火力点，六连战士全部冲了出来。
冲进外壕的尹玉芬、赵春霖正在前进，突然从右边窜出一名敌兵，赵春霖猛扑上去，一刺刀插进了敌人的胸膛。
这时，战士王世英也冲了出来。3人组成一个战斗小组，端着刺刀沿环形外壕搜索前进。
突然，尹玉芬发现一张木梯，他立即攀登上去，见工事里一个敌人正向我后续部队射击，他一扣扳机，敌人应声倒毙。
不一会，连长李存金、指导员肖良田带着一排、三排冲上来了。连长命令一排从西边、三排从东边搭人梯上碉堡。
延安的火炬（油画）
尹玉芬奋勇当先，他踩着人梯，接近碉堡顶时，先往里投了两枚手榴弹，消灭了3个正在疯狂射击的敌人。接着，翻身登上碉堡顶，朝通往碉堡内的豁口连续投进了几枚手榴弹，碉堡里的枪声沉寂了。
全连冲了上来，与敌人抵近展开了白刃格斗。尹玉芬一人连续刺死几个敌人。王永泉战斗小组3人与13名敌人拼杀，王永泉一人就刺死7个。排长李振珠一人刺死3个。
战斗将近结束时，已经炸死、刺死和击毙6名敌人的尹玉芬，发现碉堡一侧的破房子里，突然窜出一个提着枪、身穿浅黄色衬衣的敌人。
尹玉芬意识到是敌军官，一个箭步窜上去，猛喝一声，用刺刀从敌人的背后戳到了胸前。经查明，他就是爷台山敌军最高指挥官、加强营营长黄日升。
这一天，爷台山主峰的每一段堑壕，都闪现着六连指战员的身影。他们端着带血的刺刀同顽抗的敌人奋力拼杀。战士们身上的衣服，没有一件不溅上血迹，杀得敌人魂飞胆裂，有70多个敌人死于六连勇士的刺刀之下。
战后，不少俘虏心有余悸地说，八路军的手榴弹、刺刀真厉害。
在第二营攻占爷台山的同时，第三营在警备三团的协同下，以勇猛果敢的动作攻克老庄子、宋家洼等5座碉堡，歼敌一部。余敌狼狈逃窜，我军直追至我边区的边缘，将敌驱逐出我边区外。
8月10日，战斗胜利结束。这次战斗，我军收复了爷台山等全部失地，全歼入侵的国民党军5个连及一个营部，毙伤敌100多名，俘敌营长以下36名，缴获轻重机枪19挺及大批弹药。
这次战斗对第三五八旅来说是两年冬训成绩的实际考核，步兵对炮兵的精确射击非常满意，炮兵称赞步兵能利用炮火支援的效果紧跟着勇猛前进；步兵表现了英勇顽强的战斗作风和熟练的投弹、拼刺、抵近射击的技术，战俘们都说八路军的刺刀、手榴弹厉害。
这次反击作战之前，为了揭露国民党的阴谋，贺龙曾以联防军司令员的名义，向蒋介石、胡宗南提出强烈抗议。
反击作战后，美军调查组迫于舆论谴责，妄图找到指责我军的借口，装出一副公正的样子，来到爷台山进行调查。
结果，他们看到的到处都是印着“美国制造”英文字样的弹药和弹壳，还有我们缴获的美国制造的武器。这样的调查结果，使调查组扫兴而去。