大约一个小时后，后续跟进的暂编第3师到达晋原，由于晋原防线长达近30公里，司令部接到防区内侦察部队报告，日军山地师开始陆续撤出战斗，并向晋原一线陆续开拔。司令部得知这一情况，原定围歼日军山地师先头部队的计划不得不变更。原因是日军山地师分三路向晋原一线大举涌来，因此第3师只好开往一线岭北部构筑工事阻击日军。

战场形势瞬息万变，日军也没有想到晋原一线突然冒出来大批中国军队。日军根据和这支增援上来的中国军队交火的情况，日军司令部错误的判断，这支部队使用日式武器，肯定是一支地方部队，因此司令官寺内寿一命令渡边雄一责令先头部队，务必攻占晋原一线岭阵地，按照原定计划继续实施关门战术。

一线岭防守阵地上，师长刘志丹命令第4旅、第5旅构筑工事进行防御作战，第6旅作为预备队使用。阵地上工事刚进行到一半，日军的轰炸机便飞到阵地上空开始狂轰滥炸。官兵们第一次遭受日军的空中打击，顿时乱作一团。好在日军部队还没有准备好，否则这个时候发动进攻，阵地有被突破的危险。

日军轰炸机飞走后，刘志丹望着一片狼藉的阵地和伤亡的士兵，脸色气的铁青。这时属下禀告，司令部派来的作战参谋到达，同时到达了一支运输队，运来了大批武器弹药和给养。两名作战参谋上来后，匆忙向刘志丹禀告他们受司令部指派，协助第3师防御作战，二人看到阵地上被轰炸的情景，二话没说便开始做示范。

他们每人首先挖了单人掩体，接着把两个单人掩体连在一起，接着他们各挖了一个猫耳洞，并说猫耳洞暂时可以躲避日军的轰炸和炮火。看似简单的掩体如果不指点，你就是打破脑袋也无法想到。很快士兵们热火朝天的干起来，方才遭受了日军轰炸机的蹂躏，按照教官的示范要领，掩体工事很快就有了雏形。

这时日军的轰炸机又来了，官兵们迅速躲进掩体内，尽管有的掩体还没有完全挖好，但是对于日机的轰炸起到了有效地防御作用。可是日军部队不会给时间，他们趁机发动了凶猛的攻势。日军虽然只有一个联队，但是他们有飞机助阵，再加上欺负守军没有火炮，便肆无忌惮起来。

士兵们顽强抵抗，一边利用战斗间隙抢挖未完成的工事。战到下午一时，打退了日军两次进攻，可是日机轮番轰炸下，防守非常吃力，完全处于被动。师指挥所里，刘志丹望着天上的日机说：“妈的！要不是天上有轰炸机，我一个冲锋就能把小鬼子打跑，这仗打得真窝火。”

这时刘志丹灵机一动，忙举起望远镜查看。少顷，他放下望远镜说：“日军兵力有限，一会儿日军发动进攻，让预备旅派一个团，从右侧迂回出击，在侧翼狠狠地打他一个措手不及，我就不信小鬼子能挺住。”参谋长说：“师长！我亲自去！”

日军又发动了进攻，日军的攻势很猛，很快己方的轻重机枪开始射击。运输队运来了不少轻重机枪，充足的弹药使刘志丹的第2师战力大大提升。尽管日军利用凶悍的自身能力，不断的向阵地冲击，但是在密集的弹雨下，进攻的势头被遏制，毕竟防守兵力雄厚。

这时日军的轰炸机又飞到战场上空，进行支援作战。日军进攻部队士气大振，就像打了鸡血一般，发起了凶猛的冲锋。左侧一处突前的阵地，日军士兵冲上来，双方又爆发了肉搏。

正在这危急时刻，日军方向右侧突然爆发出密集的枪声和手榴弹的爆炸声，突然之变故造成日军进攻部队大乱，对日军侧翼的袭击，使日军迅速退了下去，日军这次进攻后居然没有再发动攻势。

刘志丹很意外，日军为什么停止了攻势，难道对日军的偷袭造成日军停止进攻？可是参谋长说：偷袭日军的损失并不大！更让刘志丹迷惑的是，日军的轰炸机居然没有再来轰炸。

“报告师长！战区司令部来电，暂编第3师在北侧云岭一带包围了一支日军孤军深入的大队，目前激战正在进行之中，”一名作战参谋把电报递给刘志丹。刘志丹看完后大喜说：“怪不得日军不再发动进攻了，日机也不来轰炸了，原来北侧的日军撞在第3师的枪口上了。命令部队抓紧抢修工事，向山下转运伤员。”

战区司令部里，一名参谋手里拿着电报说：“报告！暂编第3师报告，在云岭包围的日军一支突前大队，可是在日军轰炸机的救援下，至少有一半日军突围出去。”彭德怀不满说：“怎么搞的，一个旅居然吃不掉日军一个大队，他们的仗是怎么打的？”

穆亚平说：“彭总！第三师毕竟是匆忙赶到战场，毕竟第一次和日军作战。尤其是在日机的有利支援下和轰炸下，能消灭一半日军已经非常不错，而且还是日军凶悍的山地师，你就不要责难他们了。”

彭德怀转身说：“命令暂编第3师立即在云岭一带构筑阵地，防止日军进攻。”穆亚平分析说：“彭总！第2师、第3师突然出现在战场，日军司令部是否改变计划？”彭德怀说：“完全有这个可能！”