3月9日，晋军左翼杨效欧部第二纵队首先向兑九峪以西之大麦郊、阳泉曲推进。晋军右翼李生达第三纵队协同动作，经三泉镇进至下堡、杏野一带，其先头部队201旅连夜进占原庄、罗巴沟一带山头阵地，准备于拂晓时分配合杨效欧部发动突然袭击。
我军充分掌握敌军动向，3月10日清晨5时，正当晋军埋锅做饭之际，我军三路大军突然杀出，分三面同时对敌军发起攻击，同时张城迅速派出骑兵团快速向两翼包抄，试图切断晋军李、杨两部的联系，将晋军分割包抄，各个歼灭。
晋军各部仓促应战，负隅顽抗，却被我军打得狼狈不堪，抱头鼠窜，杨效欧见大势不妙，连连迭电阎老西，要求空军增援。
中午十二点，晋军十余架轰炸机飞临兑九峪上空，对我军狂轰滥炸，我军一时不查，伤亡甚重。
愤怒的张城急调防空连出击，将骄狂至极的敌机打下三架，令得其余敌机震怖，再也不敢肆意轰炸我军。
由于红军攻势猛烈，晋军渐渐不支，眼看着就要兵败兑九峪。
然而就在这个时候，统帅接到了延安后方传来的中央军与马家军即将攻打我军根据地的消息，再加上阎老西也拼了老命不断派遣兵力增援兑九峪，统帅当机立断，命令部队撤出战斗。
阎老西为了保存实力，并未对红军作出追击，也于当晚命令部队撤出兑九峪地区，放弃捕捉红军主力进行决战的计划，将晋军主力集结布防于汾阳、孝义、灵石一带，沿同蒲路和汾河堡垒线严密设防，防堵红军东进北上，等待常凯申援军的到来。
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