很快，呂世清帶著調令面見黑木，并以探望舊主為由請求在赴便衣隊就職前見呂英一面。黑木未起疑心，當即安排其前往張治平住所。而在另一邊，山下聰與村田正部署進攻呂家寨的作戰計劃：先遣騎兵偵察八路軍主力動向，發現目標立即實施包圍，同時調集重炮戰車支援攻堅。恰好日軍旅團部傳來通報，稱115師獨立團已進入其圍剿區域，遂命令所部立即搜索殲滅，村田得令后即刻展開行動。

周密向劉柏松提出作戰方案，部隊休整至下午四點后，由二、三中隊將敵軍誘至松山峪山區，一中隊則偽裝成獨立團向白石村方向佯動。劉柏松認為部隊需要更充分的休整，未予采納。恰在此時，前線急報日軍已對呂家寨、張家莊等村發起進攻，劉柏松當即下令全體緊急集合，火速開赴戰場。

此刻，呂世清突然造訪張治平住所，假稱受張父與呂世才之托前來探望，言語間試探性地勸說呂英隨張治平返回呂家寨。正當呂英猶豫不決之際，張治平適時推門而入，佯裝熱絡地招呼呂世清，借遞煙之機敏銳地注意到對方腰間配槍與證件。

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張治平故意將話題引向抗日話題，呂世清果然中計，假意勸誘張治平投共。張治平當即拔槍將其擊斃，隨后命人將尸體抬至黑木與小野處，怒斥呂世清以策反為名行試探之實，直至擊斃后才發現其便衣隊身份。黑木等人并不知曉呂世清實為山下聰所派，被張治平逼真的表演所震懾，只得連連致歉，并設宴賠罪以平息事態。

當夜，八路軍按預定計劃發起突襲，以迅雷之勢攻占城樓與城門，同時分兵襲擊警備團駐地、警察局、日軍營房及軍火庫。張治平趁機施展連環計，佯裝拼死保護小野等日軍軍官，成功博取其信任。激戰過后，城內日偽軍幾近全殲，八路軍繳獲大批軍火，滿載十余輛大車的武器彈藥與軍用物資凱旋而歸。

黑木匆忙趕到日軍指揮部，向山下聰和村田匯報前線戰況，請求增援。山下聰不甘心就這么放過挺進支隊，決定集中現有兵力發動最后一次總攻。隨后，日軍炮兵向八路軍陣地發射毒氣彈，黃色毒霧在山間彌漫。劉柏松和周密指揮部隊堅守陣地，繼續作戰。

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劉柏松率領預備隊沖入前線陣地，刺刀在硝煙中閃著寒光，敵我雙方在狹窄的戰壕里展開慘烈白刃戰，鮮血浸透了黃土。同一時間里，周密指揮衛生員搶救中毒倒地的戰士，因為將面罩給了一名重傷員，導致他肺部受損，在劇烈咳嗽中，仍堅持組織傷員轉移。

村田見久攻不下，下令部隊撤退，轉而調集兵力圍剿崮城縣附近的八路軍主力。山下聰提議以少量精銳部隊實施迂回突襲，得到村田的同意。反觀四中隊突破了圍剿，劉柏松看著尸橫遍野的戰場，心中不甘武器裝備永遠落后日軍。國民黨二十七師師長齊夢龍率領殘部來見周密等人，開門見山地說明了他們防區被日軍侵占，損失慘重，不得已才來到八路軍的防區暫作調整，其中隊伍里有很多女人和孩子。周密知道后，決定讓齊夢龍暫時安頓在松山峪，他們則是回白石村進行防御。