9月26日下午，日军派骑兵四五百人由灵丘直奔平型关，想救援已被歼灭的同伙，结果被早有准备的687团击溃，无奈撤回灵丘城。
此后几天，687团隐蔽在蔡峪、小寨、含水及浑源县王庄堡一带山区，不断阻击从灵丘西进或从浑源南进的日军，致使平型关、团城口的日军陷入困境。
10月1日、2日，第二战区十万大军从内长城防线撤守，日军占领平型关，并继续向西进犯。
日军在小寨、平型关、大营都驻守了部队，负责守护灵丘到繁峙的交通运输线，支持前方进攻。
344旅侦察了解到这一情况后，连续出击，使敌人遭受重创，日夜不得安宁。
10月13日，687团1营和特务营袭击并消灭了小寨村的敌人，破坏了小寨至老爷庙间的公路。14日，又与援敌激战，敌大部向北逃跑，小部骑兵向繁峙方向绕去。
10月15日，敌急于支持前线，130辆汽车的运输队在一个大队、6门大炮的掩护下，气势汹汹地开来，徐旅长指挥687团第1、第3营，占领小寨村南高地阻击敌人，激战一天，敌人狼狈逃回灵丘城。
同日，687团2营奉命袭击团城口，但敌人已撤走，他们又转向南侧的平型关，袭击并占领了平型关。
7连1排是营里的尖兵，在接近平型关时，1排排长发现公路上有一队日军大约400余人，正向关口行进。
他立即命令1、3班抢占两侧山地，他自己则带领第2班阻击牵制敌人，等候营主力的到来。
日军越走越近，当进入射程以内时，居于公路拐弯处高地上的1班首先开火，给了敌人一个措手不及，紧接着3班也向敌猛烈射击。
敌急忙变成战斗队形，猛烈反击，一伙鬼子已冲到了阵地前，李排长大喊一声：
“甩手榴弹！”
十几颗手榴弹砸向敌群，敌军丢下一片死尸退了下去。
日军发现我军人数不多，又兵分三路组织第二次进攻。李排长不知营主力何时赶到，就命令各班靠近了再打。当敌人扑到约30米时，步枪、机枪、手榴弹一齐开火，敌人又被打了下去。但这次战斗代价也很大。
李排长腹部受伤，1班长、3班长和十几名战士壮烈牺牲。
李排长见情况危急，忍着痛把2班长和几位共产党员叫过来说：
“同志们，我们一定要坚持到营主力到来，坚持一会儿就是胜利，为了我们的民族，流血牺牲也是光荣的。我如果光荣了，2班长代理排长，1班、3班的班长职位由党员接替，快回自己的位置，准备战斗！”
这时营主力赶上来了，但被敌截住，不得前进。敌人又攻了上来，李排长夺过机枪手的机枪，猛地站起来向敌扫射，他中了一弹，倒下去就再也没有起来。
由于敌我力量悬殊，最后1排只剩下5个人了。接替指挥的2班班长命令剩下的战士们快撤，自己则紧握手榴弹向敌人冲去……。
这时，第3营从平型关口东侧冲了上来，占领了高地。与第2营一起向敌人反击。经过一场激烈的搏斗，消灭敌人近200名。进攻的日军连同守在关口的一个小队全部仓惶撤走。
我军占领了平型关。