二营和三营由团长、郑委和魏大勇率领，利用夜间绕开前方的日伪军的据点，埋伏在榆中县城和日伪军据点之间，负责伏击日伪军的援军。
作战计划制定完了，至于具体的作战，徐大龙、魏大勇等人都相信三团的八路军指战员，他们只是规定了作战的框架，对具体的细节没有过多干涉。
副教育长这次带着学员们出来，是要让他们参加实战的。他首先向学员们讲解了作战方案，然后由各个学员队的队长带领学员们跟随该团的部队一起行动。为了保护这些学员们，规定学员们只是进行战场观察，不必直接参加战斗，目的是让他们感受一下战场上的气氛。
一切准备工作就绪之后，部队就分别出发了。
凌晨4点，各部都到达了指定的位置。徐参谋长率领一营率先向两座日伪军的据点发起了攻击。
5:50榆中城里的日伪军一个步兵中队、伪军一个连全部乘车前来增援。这些日军与对面八路军的这个团对峙已经很久了，根本就没有把他们放在眼里，因此他们的警惕姓极低，一路上大摇大摆地行军，连警戒哨都没有派，结果一头就钻进了伏击圈。
魏大勇和特战队员们率先开枪，打掉了日军车队最前面和最后面的汽车驾驶员，日军被堵在公路上，进退不得。然后埋伏在公路两侧的八路军官兵们用猛烈地火力，狠狠地打击公路上的日伪军。他们兵力众多、火力强大，很快就将日伪军打得基本上失去了战斗力。
团长和郑委都十分兴奋，各率领一个营的部队向日军发起了冲锋。战斗进行得十分顺利，从战斗打响到结束，总共只用了25分钟的时间。这一仗全歼了日军的一个步兵中队和伪军一个连，总计375人，缴获了他们全部的武器装备。
八路军的官兵们打了一场漂亮的伏击战，一个个都无比兴奋，士气极为高涨。按照事先制定的作战预案，魏大勇、朱光照带领特战队员们乘坐一辆军车，率先开往榆中县城方向。八路军的官兵们有的乘车有的步行，赶往县城方向。
魏大勇等人化装成日军乘车来到了县城的大门口，把守城门的伪军没有多问，就将他们放进了城里。魏大勇等人刚一进城，就向守城的伪军发起了攻击，控制了城门。
团长率领加强连的官兵乘坐着卡车随后赶到，扩大了控制区域。城里日伪军的主力全都离开了县城，剩下的只有几十人的宪兵队、伪警察以及少量的留守的日伪军。当八路军的主力部队赶到的时候，魏大勇和团长已经率领进城的八路军官兵夺取了整个县城。当郑委率领大部队进城的时候，团长已经带着战士们在城里搜缴战利品了。
第三团的官兵们都没有想到竟然能够打下县城，一个个兴高采烈的。他们在城里搜缴日伪资产，进行抗日宣传。三个小时后按照预先的计划撤离了县城。