第四，令4分区5团占领慈峪镇西北侧地区，随时准备阻击慈峪援敌。
第五，令719团继续占领谭庄北侧的阵地，一方面可阻击敌人回窜，另一方面可阻止慈峪之敌援助被围之敌。
就这样，八路军悄悄布好了一张使入侵之敌无路可逃的“天网”！
5 日军走进伏击圈
攻占陈庄的日军遭八路军彻夜袭扰，已是疲惫不堪。敌首水源义重更是心惊胆战，坐卧不安。此时他觉得作战目的已经达到，能向上司交差了，再留在这里恐怕夜长梦多，不如及早撤退；但就这么走了，却又心有不甘，遂令鬼子兵开始烧房。
9月28日拂晓，陈庄上空腾起了滚滚的浓烟，顷刻之间，800多户的村庄淹没在一片火海之中。针对日军放火烧房这一行动，贺龙判断日军应该是准备回逃了。果然不出所料，在熊熊的烈火中，日军先头部队开始撤离陈庄。贺龙立即命令部队准备战斗。
8点多钟，陈庄方向传来了密集的枪声。侦察员报告，敌人出了陈庄向东沿大路撤退，在七祖院村与特务团一部打上了。这个消息令人振奋，敌人就要进入伏击圈了。可是，半小时后，一个侦察参谋报告，敌人的主力已经后撤，离开大路涉渡慈河，有沿来路逃跑的迹象。狡猾的敌人又开始耍起花招。
358旅旅长张宗逊接到报告后非常惊讶地说：“好狡猾的牛刀子专家，果真又搞新花样了。”当即向贺龙师长报告了情况。贺师长听完大家的分析和报告后，手拿烟斗，紧吸了一口烟，站起来胸有成竹地说：“我仍然肯定原来的判断，敌人并没有发现我们的设伏位置。因此，他沿小路南逃的可能性很小，这可能是水源又在弄鬼。”遂决定按原有部署不变，主力部队在预设阵地待敌。但是为慎重起见，贺师长还是令2团和特务团抽些部队赶往长峪一带，防止敌人真的从原路回逃。
一个小时以后，前去侦察的人员报告，敌主力过慈河后，又转换了方向，利用河边芦苇和树林作掩护，正沿慈河南岸的大路向东逃窜。指挥部的首长不约而同都长吁了一口气，敌人到底还是朝着给他安排好的死路来了。
眼看着敌人一步步向埋伏圈走来，八路军战士个个摩拳擦掌，翘首以待。
战斗很快打响了！刚开始的时候，日军还认为八路军又上了他“新战术”的当，把主力调至他们来时的小路上，现在遇到的只不过是一些不成气候的游击队，因而并不在意。他们一面还击，一面大摇大摆地向东撤退。当敌人快到叠谷崖北侧时，遇到了716团1营的猛烈阻击。正向长峪急进的2团主力，听到这边猛烈的枪声，也从后边追了过来。敌人这才发现势头不对，开始乱了阵脚。水源一见这阵势，差点儿从马背上摔下来，急忙指挥部队向东急速逃窜。
716团1营坚守的叠谷崖阵地，是伸向慈河的一个突出部。它像一扇闸门，死死卡住了敌人向东逃跑的道路，八路军利用这一地形大量消灭了敌人的有生力量。
水源发现这一情况后，遂以2个中队的兵力向这个阵地发起了连续进攻。日军士兵们个个都想逃命，便凭借着优势火力疯狂地猛冲。1营指战员沉着应战，放敌靠近，突然猛打，冲在前面的敌人不少都滚下山去。
就这样，1营官兵同敌人展开了一场激烈的争夺战，从上午9点多一直打到下午1点多。4个小时里，先后打退了日军4次冲击，和敌人进行了3次肉搏战，阵地坚如磐石，一直牢牢地掌握在八路军的手里。
敌人被八路军压制在河沟里，成群地挤在一起，既无藏身之地，其火力优势又难以发挥，急得如热锅上的蚂蚁团团乱转。这时，一部分敌人北涉慈河，企图抢占慈河北侧的268等高地。预伏在阵地上的716团2营官兵，突然以猛烈的火力进行阻击，敌人猝不及防，整批整批地倒毙在淤泥里。残余的敌人无奈，又狼狈地逃回了慈河南岸。
敌人向东、向北突围均残遭失败，于是便把南北昙花楼之间的鞍部作为突破口，企图从此突围。八路军发觉后，迅速以步枪、手榴弹阻击突围之敌，但由于八路军武器装备低劣，担任阻击任务的部队又是从冀中水灾区赶过来的，许多手榴弹受潮失效未爆。因此，敌人便趁机逃逸，一部分敌人仗着优势火力抢占了南昙花楼附近的有利地形。八路军见状急调据守北昙花楼的部队向敌人发动攻击。但由于日军居高临下，八路军发起的四五次冲击，均未成功。
最后，战士们在10连连长兼指导员张钦的带领下，进行了密集的冲锋，以排山倒海之势直入敌人阵地，与敌人展开了殊死的白刃肉搏战。敌人惊恐万状，仓皇溃退，八路军战士趁势奋勇追杀，全歼了占领南昙花楼之敌。
6 水源少将命归西天
9月29日，在昙花楼附近的日军残部见东逃无路，西窜无门，遂企图从鲁柏山西南经燕川向慈峪方向逃窜。因此，鲁柏山一带就成了陈庄歼灭战的最后一个主战场。
上午10点左右，敌人集中了剩下的全部力量，拼命地向鲁柏山爬去。鲁柏山层峦叠嶂，十分陡峭。敌人满以为爬上鲁柏山就能居高临下，抵挡一阵子八路军的攻势，从而等待外援，伺机逃脱。但没想到刚刚爬到山顶，就遭到了八路军炮火的猛烈轰击。尔后，八路军战士又从四面八方聚向鲁柏山，残敌这下真成了瓮中之鳖，可谓是四面楚歌。龟缩麇集的敌人在各种火力打击下，顾头不顾腚，许多人都摔下了山崖。此时，日军的骡马、辎重和重火器全部丢掉了，活着的也只剩下四五百人。
至此，残敌仍妄图摆脱八路军的重重包围，从西侧溜走。但他们哪里知道，八路军4分区5团，早已在万寺院一带设置了阻击阵地，堵住了他们的去路。游击队和边区群众也已将大小山沟和荒僻的小道堵了个水泄不通，真可谓是天罗地网，任小鬼子插翅也难逃！日军这时被迫又龟缩在万寺院东北侧一个方圆不过几百平方米的小山顶上，无粮无水，缺弹少药，又不时遭受八路军炮火的猛烈打击，处境更加困难。
11时许，八路军再次向被围日军发起攻击，并以迫击炮向敌群轰击。日军完全丧失了往日的威风，个个心胆俱裂，抱头鼠窜。
在战斗的收尾阶段，八路军战士在鲁柏山西南，发现一股五六十人的日军，企图向万寺院方向逃命。师首长当即命令部队进行追堵，消灭这股妄图逃窜的日军。
日军急急如丧家之犬，仓皇奔逃，八路军堵截部队迎头以密集的火力射向敌人，不少日军纷纷倒地。此时八路军的一个连长命令战士们暂停射击，准备活捉这伙日军，便带一部分战士向敌人侧后方绕去。八路军战士们暂停了射击，敌人那边的枪声也逐渐稀疏了下来。见此情形，正面堵截的八路军战士便向日军喊话：“缴枪不杀！八路军优待俘虏。”
疯狂的敌人在听到喊声后却又开始射击。就在这时候，那位连长带领的一部分战士已绕到日军侧方后方，只见一个身着黄呢军服的日本军官（水源义重）手挥战刀在大声呼喊着，正指挥火力向八路军堵截部队猛烈射击。这位连长便悄悄向身边的战士要了一颗手榴弹，轻轻地拧开盖子，猛地拽开发火线，使劲儿投向这伙负隅顽抗的敌人，“轰”的一声巨响，手榴弹在日军中炸开了。
就在这声巨响过后，那个自称“天才指挥官”的水源义重少将便魂飞烟灭，做了异乡之鬼。这位连长随即率领战士们冲了过去，只见一个受了伤的日军大佐跪到河滩边正准备切腹自绝，八路军战士一枪便结果了他。余下的日军见状四散逃窜，有的爬在大树上，有的龟缩到坞塄里，还有的逃至万寺院村，都被八路军捕获，无一漏网。
9月30日晨，彻夜的枪声停止了，火红的太阳从东方升起，万道霞光照耀着周围的群山与村落。慈河两岸、鲁柏山周围，到处横七竖八地躺着日军的尸体，足有1000多具。
至此，历时6天5夜的陈庄歼灭战胜利结束。
7 战将周士第总结陈庄战斗
参与指挥此次战斗的120师参谋长周士第，为广东乐会（今海南琼海）人。早年积极参加爱国学生运动，五四运动中被选为琼崖学生联合会干事。1922年在广州参加中国共产党外围组织“琼崖评论社”。1924年黄埔军校第1期毕业后，参加组建孙中山的建国陆海军大元帅府铁甲车队，先后任见习官、副队长、队长。同年12月加入中国共产党。曾参加支援广宁农民运动、平定商团及军阀叛乱、援助省港大罢工、保卫广东革命政府等斗争，受到中共两广区委的高度赞扬。1925年底任国民革命军第4军独立团（叶挺独立团）第1营营长，后任该团参谋长、代理团长、团长，参加北伐战争，参与指挥汀泗桥、贺胜桥、武昌城等战役。所部敢打硬仗，屡建奇功，被誉为“铁军”。1927年8月率部参加南昌起义，任第25师师长。起义军南下广东失利后，他辗转于香港、南京、上海、西安、福建等地，曾参与策划推翻蒋介石的活动。1932年1月淞沪抗战爆发后，曾参与组建上海抗日义勇军。1933年在蔡廷锴的第19路军任师参谋处处长、团长。同年底到中央苏区首府江西瑞金，任红军大学军事教员。长征中，任军委干部团上级干部队指挥科科长、队长。到陕北后，先后任红15军团、红二方面军参谋长，参加直罗镇和东征战役。
抗日战争时期，任八路军第120师参谋长，晋西北军区参谋长，晋绥军区参谋长、副司令员，协助贺龙、关向应等创建与巩固晋西北、冀中、晋绥等抗日根据地，参与指挥齐会、陈庄、黄土岭、田家会等战斗。
周士第在陈庄战斗结束后，对战斗作了如下的总结：敌人此次进攻陈庄，采用了轻装、急袭、佯攻、避实就虚的战法和坚决的动作，这是表现了敌人在战术上的进步。
我们是怎样对付敌人这个战术，使其全军覆灭的呢？
当敌人25、26两日以一部向北谭庄进攻企图迷惑吸引我军时，我军仅以一部应战，而主力则隐蔽于适当地区，未到决战时机（消灭敌人时机）不轻易使用，使敌人佯攻的动作，没有得到任何效果。
26日下午，北谭庄、南北五河之敌均向慈峪撤退，这又是其欺骗动作，我主力仍未暴露出来，27日拂晓前，敌突然迅速地由小路急袭陈庄。在敌人方面，虽说是巧妙，但我军方面，则抓住了消灭敌人的时机，主力就各方面出动，有了很周密的布置，迅速的动作，使敌人被迫处于包围的地位。
27日夜，我军不断袭击陈庄，陈庄之敌恐慌万状，当敌人已知陈庄不能占而决定撤走时，敌人估计我军会在其来路埋伏（陈庄南之长岩方向）。故企图以出我意表之行动，沿河东走，并以一部向大庄方面进攻，企图驱逐河北岸我军，掩护其主力沿河南岸行进，而慈峪方面之敌亦沿河北进，向南北五河白头山猛烈进攻，以相呼应，以便接出陈庄之敌，这种动作也的确是巧妙的，可使我军不易应付。但我军也就估计到敌人的这种行动的可能性最大。因此我军主力即根据这个估计为主要部署。28日拂晓，果然不出我们所料，敌人向东退走，被我全部包围于破门口冯沟里一带，而由慈峪增援之敌，被我阻于白头山一带，在这种形势之下，从陈庄退走的敌人已成瓮中之鳖。
我军原定计划是要在28日黄昏后，将敌全部消灭于冯沟里破门口附近，唯因某兵团之手榴弹大部发生障碍，致不能解决战斗，只消灭了敌人一部，使战斗延长了一天一夜。