日軍109師團開始制定了作戰計劃，中將師團長阿南惟幾命令31旅團69聯隊，107聯隊，118旅團的136聯隊在九月二十三日凌晨五點對虎頭山展開猛攻。
縱然109師團大佐參謀長倉茂周藏說明了目前109師團部隊目前情況，但阿南惟幾還是堅決給部隊下達了作戰命令。
給自己部隊下達了作戰命令後，阿南惟幾開始與26師團取得聯絡，阿南惟幾是希望在109師團部隊展開行動時，26師團部隊能夠給與配合，他希望26師團部隊也能夠在凌晨五點鐘對四嶺山展開進攻。
對於安阿南惟幾請求，後官淳是直接答應了下來，並且他和阿南惟幾我詳細說出兩個師團聯合作戰事宜。
九月二十三日凌晨五點鐘，日軍109師團和26師團部隊開始分別對虎頭山和四嶺山展開猛烈攻擊。
在109師團這裡，阿南惟幾投入了69聯隊，107聯隊，136聯隊，190師團直屬工兵聯隊，直屬炮兵聯隊以及華北獨立野戰重炮兵配屬給109師團作戰的獨立野戰重炮兵第一大隊。
267師團則是抽調了獨立步兵第12聯隊，獨立步兵第13聯隊以及師團直屬工兵隊，炮兵聯隊開始對四嶺山展開猛攻，而對立步兵第11聯隊則是負責迂迴攻擊，26師團中將師團長後官淳依然是把希望放在迂迴攻擊這裡，他覺得獨立步兵第11聯隊肯定是可以在四嶺山後面取得進展。
這一次後官淳直接從炮兵聯隊抽調出一個炮兵大隊來加強獨立步兵第11聯隊攻擊能力，他要求獨立步兵第11聯隊務必在短時間內從後山小路攻入到山頂，一舉解決四嶺山所有八路軍部隊。
凌晨五點十分，日軍炮兵部隊開始展開了炮擊，而虎頭山這裡再次成為日軍打擊重點，日軍數十門火炮開始對虎頭山展開了炮擊。，
日軍火炮集中數十門火炮開始對虎頭山展開了半個小時炮擊，在炮擊結束後，日軍三個步兵聯隊近一萬人開始對虎頭山展開猛攻。
至凌晨六點半，虎頭山能夠作戰步兵不足一百人，但虎頭山陣地卻依然是牢牢掌握在榮譽第二團陣地上。
到上午七點，人誒均31旅團69聯隊一部突進到虎頭山上，榮譽第二團團長鍾劍在帶領部隊進行驅趕這些鬼子兵時候中彈陷入到重度昏迷中，而此時虎頭山上能夠作戰人員只有數十人，就連炮兵都開始分發武器準備上前線。
七點零五分，日軍107聯隊一個步兵小隊突進到孫衛國所在陣地，王佑華帶領警衛班經過苦戰後才將這個日軍小隊全部殲滅，但孫衛國在抵抗這股鬼子兵攻擊時候受到了襲擊，一顆子彈擊穿了孫衛國肩膀，這次孫衛國負傷比較嚴重。
大批鬼子兵開始進入到山頂上，虎頭山陣地是岌岌可危了。
眼看著鬼子兵就要將虎頭山陣地上所有八路軍官兵們都要全部殲滅了，但就是在這個時候，日軍部隊卻是突然得到了撤退命令。
小鬼子們可是異常不理解，但是他們還有很忠實的執行了命令，日軍部隊開始撤離虎頭山陣地。
鬼子兵們開始撤離，這是讓虎頭山上官兵們鬆了一口氣，因為如果小鬼子在這個時候還不撤離的話，他們是無法抵抗日軍攻擊了。
讓官兵們很疑惑的是，小鬼子明明馬上就要攻佔虎頭山陣地了，他們為什麼突然要撤退呢？
虎頭山上的官兵們很不理解小鬼子做法，但是如果他們現在在109師團部這裡，他們便會知道小鬼子們為什麼會突然撤離。
此時榮譽第四團，榮譽第五團，120師359旅部隊已經開始進入到五臺縣，他們輕鬆攻佔豆村鎮後，榮譽第四團，榮譽第五團，359旅717團，718團四個團兵力迅速向日軍26師團展開了攻擊，榮譽第四團上百輛