当夜，日军指挥官已经发现黄土岭西北有八路军在活动，判断八路军是以一部兵力将自己引到黄土岭，然后调集主力向该地集结，进行包围。日军嗅到了被围歼的气息。
7日清晨，天空飘起细雨。日军指挥官显然改变了决心，放弃寻找八路军主力决战的意图，指挥部队冒雨向上庄子和寨头方向一边侦察一边交替掩护前进，看样子是想避开八路军主力，绕道返回涞源城。日军行进十分谨慎，速度也很缓慢，但他们始终未能发现两侧高地上潜伏着的几千名八路军。
下午3点钟，日军全部进入八路军设伏地域，伏击阵地上突然枪炮声大作，第一团和第二十五团一部迎头痛击撤退的日军。第二团和第三团分别从西、北、南三面包抄过来，发起猛攻。贺龙师特务团从第三团左侧加入战斗。日军遭到突然打击，急忙抢占上庄子东北的高地，并向寨头的八路军阵地猛攻，双方展开激烈的山地争夺战。
4点钟左右，第一团团长陈正湘举起望远镜，看到黄土岭与上庄子之间的教场村里的一座独立院落内，有多名穿黄呢大衣的日军指挥官在活动，还不时地有人举着望远镜往山上察看。陈正湘忙把目标指示给分区配属给第一团的炮兵连的连长杨九称。炮兵发现这么好的目标，赶紧用迫击炮向目标连续射击。