月29日7时3o分，水源见八路军火力渐弱，便命令部队从破门口、冯沟里向南突围。715团拼命节节抗击，其他部队迅向日军追击、截击，在运动中重新包围日军，并在运动中消灭部分日军。
716团2营渡过磁河，迅抢占了鲁柏山，截断了日军向东退路；3营从右侧迂回包围日军；1营紧紧尾追日军，迫使日军展开再战，不能逃脱。独立支队也由西向东截击日军。9时，日军占领了鲁柏山以西高地，继续向万寺岩方向逃跑；与此同时，715团也占领了鲁柏山以北高地。到1o时，水源率领的1ooo余日军，被包围在鲁柏山以西的东西仅有3oo米、南北仅有1oo米的狭小山沟中。
此时，部队抵近日军，炮兵也运动上山。贺龙手执望远镜，来到炮兵阵地。大家一看，贺师长来了，顿时高兴地欢呼起来，炮打得更勤了、更准了。鲁柏山以西的那一点点山沟里，顿时，硝烟浓密，因为炮弹指向那一点点地方。
战至9月29日夜1o时许，水源的士兵已经伤亡净尽，漫山遍野都是八路军的喊杀声。水源还要做困兽之斗，一颗子弹飞来，击中了他的右胸前，他重重地倒在了血泊之中……
当一轮红日再次从东方冉冉升起，照亮了鲁柏山区，枪声已沉寂下来。至此，历时144个小时的陈庄战斗，以八路军全歼水源率领的12oo余日军，缴获山炮3门，轻重机枪23挺，步枪5oo多支，战马5o多匹，而宣告结束。