自10月13日忻口大战正式展开之后，众多的共产党将领将目光紧紧盯住忻口。
在五台县南茹村八路军总部，彭德怀对友军只知死守阵地的呆拙战法愤慨不已，他与朱德、任弼时、左权论及此事时，说：“‘日本皇军不可战胜’是神话。如果八路军有20万，有国民党嫡系军的装备，再附加若干炮兵，国民党军依险防守，我军机动作战，灵活打击敌人，把群众发动起来参加抗日战争，山西是难以打进来的。”
住在太原八路军办事处的周恩来则频繁与阎锡山保持接触，一再向他建议：正面硬堵不如以少数兵力钳制日军，主力向东北出击；加强侧面部署，以阻止日军突入，避免败绩。阎锡山同意改变部署，实际上并未采纳。
10月中旬，忻口战役打得最为激烈的时候，周恩来、彭德怀来到忻县卫立煌前敌总指挥部。他们再次表示：不赞成把所有兵力都放在正面打阵地战。卫立煌深感他们说得对，但无力改变。1938年1月，卫立煌带第9军军长郭寄峤、第14军军长李默庵到洪洞县马牧村八路军总部给朱德、彭德怀拜年时，道出了他的“苦衷”：“在忻口，用主动积极的作战方法从侧面进行包围迂回作战，当然是好，但国民党中央军、晋绥军担当不了这样的任务。我们的军队和你们的军队不同。我们的军队必须有领导地行动，一层紧抓一层，要是没有上级督战，一分开、一冲散就集结不起来。所以只能在正面打仗，打阵地战，不能像你们那样在敌后分散活动。八路军的打法只好慢慢地学。”
那天，卫立煌心情焦灼地谈到，敌机每日清晨即来我方阵地侦察，继以数十架飞机轮番轰炸，对阵地威胁最大，一天因此几乎损失一个团的兵力。
当夜，彭德怀返回总部。天色微明，彭德怀就起床来到院子里，仔细谛听在重峦叠嶂中隐隐回响的敌机声。原来，大家以为敌机从北平飞来。此时，彭德怀根据飞机的航速、续航能力和轮番到达忻口的时间判断，忻口附近必有日军的临时机场。他命令刚开入晋北的第129师第769团进入代县，实地侦察。
金山铺。忻口战役前敌副总指挥兼第35军军长傅作义对前线的战况感到焦虑不安，他很少休息，不停地在屋子里或小院里踱步。他认为守军单纯防御不是办法，大兵力出击也有一定困难，但又一时拿不出更好的办法。
这天，一群逃难的老乡路过金山铺。傅作义想，老乡们从北面而来，可能了解一些情况，便迎上去。
傅作义问：“老乡，你们是哪个村的？”
“我们是旧河北村的。”有胆大一点的人回答说。“你们村里有鬼子吗？”
“有。村外有好多大炮，村子西北角还有一个老爷庙，庙门口有鬼子把守，常有汽车停在门口，有好些挎洋刀的军官出来进去……”
傅作义根据老乡提供的情况和个别日军战俘的口供，估计旧河北村的老爷庙可能是日军的一个指挥机关，甚至是板垣的前线指挥所。他马上要通忻县卫立煌的电话，先讲了他的判断，然后说：“卫总司令，我有一个釜底抽薪、出奇制胜的设想：派一支精锐部队，于夜间抄袭旧河北村，以掏心战法，一举捣毁其前线指挥所，切断其通信联络，打乱其指挥系统，摧毁其对我威胁最大的炮兵阵地，造成有利形势，扭转战局！”
卫立煌当即说：“宜生兄，你的设想我完全赞同。我马上报阎长官批准。”15日下午，第35军第218旅旅长董其武奉命匆匆来到金山铺军指挥部。
一进门，他看到除了傅作义外，卫立煌和他的参谋长郭寄峤也在。
傅作义把总部的决定讲给董其武听。董其武兴奋地说：“奇袭旧河北村板垣前线指挥所的任务，我坚决完成！但我旅只有两个团，完成奇袭任务后，继续扩大战果恐怕兵力不足。”
卫立煌说：“阎司令长官说了，将派20个团后续跟进。奇袭成功，奖赏5万元。”
傅作义说：“我相信218旅一定会很好地完成任务，事关大局，要向全体官兵讲清形势，激励‘宁做战死鬼，不做亡国奴’的爱国精神，发扬35军抗日传统。这里大军云集，都在注视着你们，只能成功，不能失败！”
董其武说：“请军长放心，保证完成任务！”
回到旅部，董其武马上召集营以上干部开会，他讲完后，参谋长张征复补充说：“这次出击就是军长在平时说的‘掏心战术’。要达到猛、准、狠，给敌人个措手不及，先来它个‘黑虎掏心’，再来个‘大闹天宫’，弄它个天翻地覆。出发时要求轻快精干，不带骡马，轻伤病号都留下……连、排长在出发前，要切实检查士兵的随身装具，必须绑扎结实，不得发出响声。每个官兵右臂缠一块白毛巾，以资识别。口令临时通知。”
15日夜间，鏖战了一天的战场出现了短暂的沉默。第218旅饱餐战饭武装齐整后，于黑暗中快速、隐蔽地越过云中河，到达第9军第161旅下王庄前沿阵地。几天来，第161旅像钉子一样坚守下王庄这个忻口战役惟一的前沿阵地，居然未被日军突破。在下王庄的一座窑洞里，董其武见到了第161旅旅长孔繁瀛。就在这时，云中河南岸枪炮声震耳欲聋，中央兵团总指挥郝梦龄、副总指挥陈长捷正指挥部队对南怀化和1300高地发动大规模的反击。
孔旅长问：“董旅长，你们什么时候行动？”
董其武说：“今夜已来不及，我准备明夜出击。”
天将拂晓时，日军向下王庄前沿阵地发动攻击，第218旅只好先协助第161旅固守阵地。隐蔽在村外洼地的第420团3营营长冯梓听到枪炮声越来越近，这时，派出观察的人回来说：“孔旅支持不住，敌人快进村了！”冯梓一面命令部队准备战斗，一面派人向团长李思温报告，然后他带几个人摸到一截战壕。迎面遇到一个带下士领章的士兵。冯梓说：“找你们营长。”下士说：“没有了。”“找连长。”“也没有了。有什么事快给我说，这里就剩下6个人了。我是副班长。队伍来了快上！日本鬼子就在前边不远的洼地和壕内，你听，正在喊叫，又要冲啦！”
冯梓急忙命传令兵去带队伍。3营的人刚进阵地，日军已冲到眼皮底下，他们立即投出一批太原造大个手榴弹——这种生铁制成的山西土特产每枚能炸裂成二百六七十块碎片，杀伤力惊人。中央军使用的全是济南造手榴弹，弹头光亮，分量比太原造的轻一倍，炸裂破片少，威力不大，而且中央军好像不习惯投弹。日军似乎初次尝到太原造手榴弹的厉害，丢下一片死尸后，马上退却。冯梓拿起一枚济南造手榴弹掂了掂，感到自己部队的好投弹手，能投出百八十米。他立即吩咐部下，赶紧投这些小“玩艺”，追着日军的屁股猛甩。3营轻轻松松打了个小胜仗，几乎没有伤亡。这时，董其武派第436团1营接替了他们，命令他们后撤休息。
16日傍晚，董其武在冰凉的雾气中来到村外，他边走边合计今夜出击的具体细节。突然，一颗冷弹飞来，他左臂负伤，血流不止。卫士用毛巾扎住伤口后将他送回旅部。参谋长张征复吃惊地说：“旅长受伤了？”董其武说：“不要大惊小怪。”医生赶来进行包扎，但弹片只有到后方医院才能取出。董其武又说：“现在是要紧关头，完成战斗任务再说。”他再三叮嘱旅部的人：“我这点伤没关系，不论上下，都不许声张，以免影响军心。”
夜深了，心急火燎的董其武决定当夜行动。他和参谋长张征复研究了一下，打算在袭击旧河北村之前，先解决弓家庄、东泥河之敌。旧河北村在西南面，西北面是东泥河村，正西是弓家庄，这三个村落都距下王庄约二三公里。而弓家庄、东泥河村是旧河北村日军前线指挥所的外围，只有先解决这两个据点，才有可能达到最终目的。而弓家庄地势较高，在位置上更显重要。
夜3时，第420团率先出击弓家庄，第436团策应。这天夜里没有风，露水很重，一弯冷月挂在西天。第420团先头1营进至距弓家庄200米处时，日军尚未发觉，他们伏在低洼处，借着暗淡的月光看到敌哨走来走去。营长张世珍命令部队停止前进，由尖兵先消灭日军哨兵。十几个士兵接令后匍匐前行，他们接近敌哨时一跃而起，挥动锋利的大刀将敌哨全部砍死。张世珍一挥手，几百个官兵从青纱帐中跃出，迅速冲进村内，与此同时，3营在冯梓营长的率领下从另一个方向冲入，他们分别包围了日军驻地。顿时，小小的弓家庄枪声大作，集束手榴弹的爆炸声惊天动地。半个多时辰后，弓家庄之敌除少数漏网外全被解决。第420团阵亡官兵70余人。
在下王庄的董其武得到第420团顺利占领弓家庄的消息后，命令团长李思温马上率部攻击东泥河村。然而，该团先头2营刚穿过茂密的青纱帐接近东泥河村，忽然听到北面马达轰鸣，数辆日军的坦克前来增援，密集的机枪火力打得高粱棵子刷刷折倒，2营只好撤出。随即，所有部队全部退回下王庄。
又度过了一个难耐的白天。
董其武已决定17日晚上袭击旧河北村。参谋长张征复在电话里向军参谋长陈炳谦报告了董其武负伤的事。陈炳谦责问张征复：“为什么不早报告？这种事应马上向傅副总司令报告！”张征复放下电话讲给董其武听，董其武又责怪说：“我这点轻伤算什么，不应该给总部讲。”
17日午夜，第218旅袭击旧河北村板垣前线指挥所的战斗开始行动。董其武的臂部伤口已经感染，疼痛难忍，饭也吃不下，但他坚持跟随旅预备队前行。
近半个世纪后，解放军上将董其武仍然清楚地记得这个夜晚，他回忆道：“这天是阴历九月十四日，月光洒在青纱帐中，各战斗队分成多路穿行在农田小路上，战士们个个精神饱满，走得很快，一点声息也没有……”
部队悄悄逼近旧河北村。董其武在村子东北的一个土岗下设置临时指挥部。凌晨3时，第420团从村北，第436团自村东，均准时摸进村子，秘密占据了几个制高点——有的是小高地，有的是屋顶。到这时候，麻痹大意的日军仍未察觉。两个团突然发动袭击，官兵们朝日军睡觉的屋里丢手榴弹，机枪、步枪伸进窗户往里打，鬼子的嚎叫声十分刺耳。借着月光和火器炸裂的光亮，他们看到不少未中弹的日军都是光着屁股仓促爬出被窝还击。
村外，第420团团副带人将日军的山炮阵地占领。第436团营长王建业率人冲进村西南日军的野炮阵地，消灭守卫大炮的日军后，王建业命令：“把炮拴拉出来，往炮膛里扔手榴弹！”后来撤退路过云中河时，他们将这些山炮野炮的炮拴全扔进了河底。
第420团骑兵连长张振耀带人攻进一个院落，他们发现屋内除了日军尸体外，还有七八个赤身裸体的妇女——她们有的已被误杀，侥幸活下来的哭诉说，她们有些是从外村被抢来的，有些是本村的，鬼子兵怕她们跑掉，将她们的衣服剥光藏了起来，不分昼夜地凌侮……张振耀赶紧将她们转移到安全的地方。
逐屋逐院争夺两个小时后，天已拂晓。除了村西南的一座高大院落和村西北的老爷庙尚在敌手外，其余日军全被解决。第420团团长李思温决定先攻打大院，他下令部队包围大院，用密集火力封锁大门口，并朝院内猛烈射击。打了一会儿，大伙觉得差不多了，遂停止射击，用特意学来的半通不通的日本话朝院内喊道：“缴枪不杀，优待俘虏！”突然，大门从里面打开，大伙紧张地注视着——战战兢兢出来的，竟是一个10岁出头的小女孩。有人说：“中国人，别打枪！别打枪！”大伙招手示意，让小女孩快过来。“院里日本兵叫我告诉你们，你们不开枪，他们就朝西北方向撤。”小女孩过来后颤抖着说。“想跑？没门儿，老子就是来要鬼子狗命的……”很多人嚷嚷道。
第420团团长李思温和第436团团长李作栋一商量，决定继续攻击。李思温命令3营7连连长杨子希：“你带人上屋顶，居高临下往下打！”杨子希派人找来3架梯子，然后亲自带人快速抬着梯子接近屋后砖墙。竖起梯子后，杨子希等十几个人爬上屋顶，他利用已被打坏的烟囱口观察了一下敌情，对身边的人说：“就从这里往下打枪、丢手榴弹！”边说边举起手枪自烟囱向里面射击。屋内的日军发现房顶有人后，即由房内仰射，杨子希胸部中弹，当即牺牲，滚落到地面。其他的人也大都伤亡。
攻击大院受阻的消息传到临时旅部，董其武想了想，说：“干脆用火攻。”大伙从附近的院子里抱来柴草、树枝，浇上汽油，从四面放火，顿时烈火熊熊，浓烟滚滚。时间不长，里面的日军全被烧死。事后得知这座大院驻扎的是日军的一个中队部。
部队在攻击村西北的老爷庙时遇到了更大的困难。这里的确是日军的一个高级指挥部，日军第5师团长板垣征四郎曾数次来此视察，第21旅团长三浦敏事常住这里。本来，第218旅袭击旧河北村的目的就是摧毁这座老爷庙，活捉或者击毙敌酋，按说应该最先从这里下手，出敌不意攻占老爷庙。然而在实施过程中由于分工不明，别处先开火，致使庙里的日军已经反应过来，加强了戒备，从而给攻击部队带来了极大的困难。
董其武正焦急之时，第211旅旅长孙兰峰带1个警卫连突然来到。一见董其武，孙兰峰就说：“傅军长得知你负伤，命我急速前来接替你。”董其武说：“你来了，太好了。可是，在这种紧要关头，我哪能因一点轻伤就退下去呢！”孙兰峰点点头，没再坚持让董其武撤出。他只是说：“我先到前面看看。”
老爷庙地势较高，围墙坚厚，墙外有层层铁丝网和堑壕等工事，日军利用地利顽抗，攻击部队没有重武器，双方形成对峙。孙兰峰到来后，两次令第420团强攻，均未奏效，庙墙四周已经倒下几十个官兵，其中有3营9连连长宋仲璟。偏偏这时，村北又有一股伪蒙军来援。这些伪蒙军身穿长袍，行动笨拙，不会利用地形，只知道跪地射击。负责阻击援敌的第436团很快将其击退。
下午，一部日军开来，他们从村北方向发动猛攻，逐渐接近老爷庙，形势急转直下。孙兰峰回到临时旅部，对董其武说：“老爷庙一定是个大贼窝，老鬼子少不了，可是敌人工事坚固，火力旺盛，咱们兵力太少，一时拿不下来，怎么办？”
经过几天的战斗，第218旅已损失过半。董其武说：“这里的预备队，还有两连人，再拿上去1个连，就再无兵力可派了。”
“1个连顶啥用，不是说后续还有几个团吗？”
“那不过是鼓咱们的劲儿。现在就是向总部呼援，也远水解不了近渴。”“要不再组织敢死队爆破！”
“或者从下王庄孔旅那里调两门平射炮，把那个大庙轰平！”
“恐怕来不及了。”孙兰峰顿了顿，“也想不出好办法，这样吧，我带1连预备队先上去，你和孔旅长马上联系。”
孙兰峰拔腿要走。正在这时，参谋长张征复走过来，大声说：“总部电话，命令我们马上撤出战斗，经下王庄，仍过云中桥，到忻口待命！”
董其武和孙兰峰愕然道：“没有说为什么让咱们撤？”张征复说：“没有。”
10月19日拂晓前，第218旅回到忻口。见到卫立煌和傅作义后，董其武才知道东线娘子关已陷于危急，阎锡山决定先调第35军撤离忻口，开赴太原。
