孫衛國是打算打代縣日軍機動部隊，從而調動五臺縣北部日軍109師團和26師團部隊，從而將這兩個師團分開，創造出戰機。
但受邀來到華北方面軍司令部協助指揮作戰的石原莞爾是一眼便看穿了孫衛國計劃，寺內壽一石原莞爾建議下，並沒有讓109師團與26師團部隊回援代縣，而是繼續讓他們對虎頭山和四嶺山展開猛攻。
根據目前各部情況，孫衛國重新調整了部署，他準備集中優勢兵力，先打掉代縣日軍機動部隊。
九月二十二日下午四點半，榮譽第四團抽調裝甲第一營，重炮營，機械化炮兵營，榮譽第五團抽調騎炮營，機槍連，359旅抽調718團部隊，開始對代縣縣城展開猛攻，此次作戰，他們目標是要將代縣縣城日軍部隊全部殲滅！
日軍部隊在代縣縣城有三百多騎兵，二十多輛裝甲車以及坦克，但是很顯然，除了坦克和裝甲車外，騎兵部隊來防禦縣城，明顯是不合適的，可這三百多騎兵部隊卻是目前守備縣城的最主要兵力，除此之外，代縣縣城是沒有任何鬼子兵了。
日軍航空兵倒是爲代縣機動部隊提供了很好的空中掩護，四架轟炸機不斷出現在代縣上空，當轟炸機發現八路軍部隊後，這四架轟炸機立即:開始進行轟炸，不過日軍轟炸給八路軍帶來打擊很有限。
爲了防止日軍空中轟炸，各部已經得到了明確指示，他們在進攻時候都會分散行動，而隨着各部對代縣縣城展開攻擊後，日軍轟炸機更是起不到任何作用了，如果他們繼續進行轟炸，那麼縣城裡面的鬼子兵都會受到打擊。
裝甲第一營的五輛八九式坦克在重炮營協助寫轟開了代縣城門，五輛坦克迅速開入到縣城內，718團的一個營數百名官兵緊緊跟隨在坦克後面行進，在戰鬥半個小時後，各部輕鬆進入到了縣城內，他們開始與駐守在縣城裡面的鬼子兵展開了激烈戰鬥。
但日軍是處於明顯劣勢的，他們只能夠依靠坦克和裝甲車隱蔽起來，給步兵帶來一些傷亡。
隨着一門門火炮開始被直接被運輸到縣城內，鬼子兵的坦克和裝甲車開始成爲了火炮打擊重點。
下午六點半，代縣日軍機動部隊三百多騎兵被殲滅了兩百多，二十多輛坦克和裝甲車剩餘不足七輛。
日軍第一師團騎兵聯隊大佐聯隊長松本倉臧在轉移時候被重炮營105mm加農炮炮彈擊中，松本倉臧是連一具完整屍體都沒有留下來。
晚上七點半，榮譽第四團，榮譽第五團，120師359旅部隊攻佔代縣，全殲代縣日軍機動部隊，至此日軍抽調參戰各個師團騎兵以及裝甲兵組建的機動部隊被徹底全殲，而代縣也落入到了八路軍部隊手上。
日軍機動部隊被全殲，這就意味着日軍失去一支能夠快速機動部隊，而120師和晉察冀軍區部隊自然是可以對日軍補給線進行打擊。
目前在五臺縣戰鬥的日軍有第一師團，114師團，109師團，26師團部隊，這四個師團足足是有八萬多部隊，這八萬多即便補充武器彈藥，他們也需要補充糧食，畢竟吃不飽飯餓着肚子是很影響戰鬥力。
這四個師團補給是通過晉西北以及晉中地區來完成的，晉西北主要補充日軍109師團和26師團，晉中則是補充第一師團以及114師團，補充的物資則是由各個師團輜重聯隊來運輸，當地日僞軍則是會抽調部隊進行押送。
120師部隊早就是有了打日軍運輸部隊想法，不過賀師長知道日軍抽調了數百騎兵和近一百輛的坦克裝甲車，賀師長是擔心自己部隊會被日軍咬上，所以他遲遲都沒有采取行動。
但現在日軍機動部隊被打掉了，賀師長立即命令358旅部隊開始對日軍補給線進行打擊。
1938年九月二十二日晚九點，榮譽第二師師部通電八路軍總指揮部，第二戰區司令長官部，八路軍榮譽第二師一部配合八路軍120師一部在代縣全殲日軍第一師團騎兵聯隊，兩個坦克中隊，114師團騎兵大隊，一個坦克中隊，110師團騎兵大隊，一個坦克中隊，21師團搜索隊，一個裝甲車隊，26師團搜索隊，一個裝甲車隊。
此次作戰共殲滅日軍騎兵九百餘人，擊毀日軍坦克裝甲車九十多輛，殲滅日軍步兵兩個中隊，繳獲大批卡車，這是一場結結實實的勝仗，日軍數個師團直屬部隊都遭到了毀滅性打擊。
其中更具代表性的是日軍第一師團騎兵聯隊被全殲，這是榮譽第二師部隊繼殲滅獨立混成第二旅團，獨立守備隊後再次成建制殲滅日軍部隊，而第一師團騎兵聯隊被全殲，這其中影響力卻遠遠是要高出全殲日軍獨立混成第二旅團和獨立守備隊。
隨着榮譽第二師部隊通電八路軍總部以及第二戰區長官部後，一時間八路軍總部和第二戰區長官部立即開始忙碌起來。
總部首長知道孫衛國榮譽第二師部隊能征善戰，可是他們卻是做夢都沒有預料到，孫衛國部隊短時間內竟然會取得如此戰績。
朱老總和彭副總第一時間給孫衛國發電，他們是特意嘉獎了孫衛國一番，同時總部兩位老總是給了孫衛國一個特權，那就是孫衛國想要採取行動時，完全可以不用請示就可以展開行動。
第二戰區司令長官閻錫山接到電文後，他着實是大吃一驚。
對於八路軍這次和日軍部隊進行決戰，閻錫山是完全把自己當成了看客，他不願派遣部隊增援八路軍部隊，也不願意承擔任何責任，他向榮譽第二師孫衛國轉發幾份軍委會電文後，他便以孫衛國抗命不從爲理由，拒絕在與榮譽第二師部隊取得聯繫了。
可是現在，榮譽第二師部隊接連打了好幾個勝仗，這不得不讓閻錫山重視這件事了。
八路軍部隊全部都是直屬軍委會管轄，但八路軍卻也是在第二戰區戰鬥序列內，現在八路軍部隊打了這樣勝仗，閻錫山覺得自己是可以利用這件事情來給自己臉上增光，這樣事情他也不是第一次做了。