在决死第一纵队38团攻击柳树垴的同时，八路军其他各部又向关家垴之敌发起了攻击。由于地形过于复杂险要，日军武器又精良，八路军每攻下一个阵地、每前进一步都要付出不小的代价。日军虽然伤亡不小，但没有撤离逃跑的意思。显然，他们知道，一撤离阵地就必然会遭到数倍于己的八路军的分割包抄而被歼灭，他们要利用关家垴的有利地形，困守待援。
柳树垴的硝烟还未散去，时间6时30分，马迁安率领着运送武器与弹药的新3团两个连与骑兵连风尘仆仆的赶到了柳树垴东坡谷底。
最后的路段是马迁安领的，他故意让向导将这一支马队领到了柳树垴的东侧。从黄崖洞出发后，坐在摇晃的马背上，马迁安就一直思索琢磨这个引起后世巨大争议的关家垴战斗。
从战略战术与政治意义上考虑，消灭一支在根据地里横冲直撞的鬼子部队都成为必要与必须。政治意义无须多言，在百团大战第一第二阶段取得巨大战绩的八路军，突然被鬼子突进根据地大肆烧杀破坏，反手打了一个重重的耳光，这是可忍孰不可忍！任由鬼子肆虐，根据地民众将怎么看八路军？会不会以为八路军外强中干，前期所取得的战果和成绩为虚假宣传？根据地外其他民众，其他各方势力怎么看？是否会认为八路军只会小打小闹，不是一支可以扭转乾坤的队伍？不打，政治上损失太大了。
况且，最重要的一点就是不能惯着鬼子，不把他打痛，他就会一直咬着你不放，把他打痛，鬼子就会老实一会儿，利于根据地发展。正所谓一拳不打，百拳来。不亮出獠牙狠咬一口，各方势力就会认为你是小绵羊，欺负你没商量。
但这场战斗的结果却不尽如人意，据陈旅长回忆，我军伤亡2000余人（其中阵亡1000多人），新十旅旅长阻援战斗中负伤，16团团长谢家庆率队攻击时阵亡，一大批营连长战斗骨干牺牲。日军阵地遗尸280余具（其中有大尉军官2人、中、少尉军官5人），另外还有三大堆骨灰。我军俘虏日伤兵2人，缴获步枪50多只，轻重机枪6挺。而据福冈刑务所作业课平成０２年０７月２０日(1990年)发行的《晋南第八中队史－第37师团歩兵第226联队史》（作者三岛启介）中第132页才田升（冈崎支队长的最后时刻）上记载，日军原有500多人，最后仅剩下203名（其中关家垴上剩61名，柳树垴上剩142名），冈崎中佐以下300多名日军战死。
最主要的是彭总战前设定的要让鬼子再也不敢以一个大队为规模的队伍进行扫荡的目的没达成。此战过后，日军一个大队深入根据地曾占据根据地腹心的一个县城长达数年。
既然战斗已按原轨迹展开，马迁安也没有办法阻止，那么他只能做力所能及的事情了。据他的回忆，本场战斗有两个关键的节点可以扭转战斗结果，一个节点是30日早晨38团攻克柳树垴后，并未对柳树垴进行土木作业，致使垴顶隐蔽点少，这样的部署造成了一个预想不到的结果，上午9时左右，日军6架飞机赶来助战，轰炸了已被八路军占据的柳树垴，为减少伤亡，38团驻守部队疏散下山，垴顶成了空白之地，而预计接替阵地的25团还未准备好，此时关家垴上的冈崎观察到这种情况，趁机派了一个中队加一个机枪分队约200人的部队，乘各部八路军躲避轰炸，暂停进攻疏于防守的时刻猛然冲上柳树垴。此后就一直牢牢控制制高点，八路军3个营的兵力重新进攻柳树垴，反复冲击十几次未果。日军从而将关家垴南坡射界控制，致使八路军不能从南坡进攻，只能从另几个不利于进攻方向的方位进攻关家垴，大大增加了攻击难度，增加了伤亡。
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