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孙子说：“能使敌人自至者，利之也；能使敌人不得至者，害
之也。故敌佚能劳之，饱能饥之，安能动之。”
石邑县的日伪军刚刚完成分进合击，老三团和县独立营已经通过九县垴来到了皇寺县境内，在途经罗店村时受到伪军的阻击。该股伪军本来是被八路军消灭的十三支队的余孽，对抗日武装恨的是咬牙切齿，得知抗日武装“逃”入境内，一面全力阻击，一面向驻守皇寺县的日军报告，而驻守皇寺县的日军正是一个全部是尉官的士官中队－－－－刚刚到石太线上完成了一次堪称经典的表演。该中队战斗经验丰富，火力超强，拥有九二步兵炮一门，轻重机枪五挺、掷弹筒十具，其余则是一色的三八大盖，因从未吃过败仗而骄横异常。得知日军增援部队即将到达，老三团和县独立营迅速脱离阵地，转而向西准备重回石邑县。骄横的日军士官中队在汇合了300余名伪军以后，连侦察哨也不放，紧紧追赶，意图消灭八路军部队。
在行军途中，老三团团长尹志伟准备教训一下不可一世的日军，让通讯员将王致虞叫到临时指挥部，商议找一个地形有利的地方打鬼子一个伏击。沉吟半晌，王致虞高兴地说，前行五里正是黑水沟，通过黑水沟前行越过大垭口就能到达长沟，这里两面大山对峙，中间是一道深沟，便于我包围歼灭敌人。尹志伟详细询问了黑水沟的情况，兴奋地说，天教我成功也。
尹志伟果断命令通讯员通知三个营长赶到团部来，召开战地动员会。三位营长来到后，尹团长直接下命令道：独立营快速行进，赶到大垭口，依托地势，堵敌前进；一营占领黑水沟北山，二营占领黑水沟南山，准备居高临下伏击敌人；三营一个连就地修筑工事，以排为单位交替掩护，务必将敌人引入黑水沟，另两个连埋伏在黑水沟沟口，待敌人进入后扎紧口袋，来一个瓮中捉鳖，战斗以我的枪响为号，各部须全力冲杀，坚决消灭这股敌人。
各部队按规定时间和部署进入预定阵地。上午十时，黑水沟正东方向响起了激烈的枪声，三营一个连和敌人交火了。通过望远镜，尹志伟团长看到100余名日军打着太阳旗，摇动着雪亮的战刀，得意洋洋地向阻击部队发炮猛攻，300余名伪军快要接近阻击阵地了，阻击部队一阵排子枪和手榴弹以后，主动撤出阵地，装作败逃的模样，伪军在日军的威逼下，从地上爬起来继续进攻，突然又是一阵排子枪和手榴弹，伪军再次卧倒在地。在后面督战的日军，变得急不可耐了，越过尸横遍地的伪军，以轻重机枪开道，向阻击部队快速接近。阻击部队看到日军上钩，快速退入黑水沟，随即日军也紧紧追了上来。
阻击部队气喘吁吁地爬上大垭口回过身来继续阻击，追击的日军将九二炮架起，开始了炮击。为了避免日军突破大垭口阵地，尽管落后的伪军没有全部进入伏击圈，尹志伟团长举起驳壳枪发出了全线出击的命令。埋伏在沟南沟北的一营和二营随即展开攻击，枪声、手榴弹的爆炸声将敌人打了个措手不及，日军一下子被截成数段，首尾不能相顾，而落在后面的伪军遭此突然袭击，惊恐万状，丢下前面的日军没命地向沟口跑去，一来伪军跑得太快，二来口袋还来不及扎紧，几乎大部分为军都做了鸟兽散。
遭受突然打击的日军，由于训练有素，很快就组织起了有效的抵抗，面对从两边山上冲击下来的抗日军队，他们三个一群，五个一伙，端着持刀，背靠背相互掩护着向伏击部队疯狂反扑。于是，一场惊心动魄的肉搏战上演了，一时间，喊杀声，刺刀撞击声，震动山谷。只见刀光闪闪，弹片横飞，日军渐渐被打得毫无还手之力。便逐渐收拢退到大垭口附近的一座大庙里，困兽犹斗，等待援兵。
这个庙是一座废弃了的九天玄女娘娘庙，外表的灰粉和红漆已变得斑斑驳驳，青砖砌就的庙墙很高且十分坚固，西面为正殿，供奉着九天玄女；北面为偏殿，供奉着山神；南面是厢房，过去是男信女的客房；东面是三间山门，门外是50米阔的开阔地。由于整个庙宇暴露在大垭口阵地的有效射程内，鬼子无法上房进行反击所以退守大庙后得残余鬼子，只能在门口架起了两挺机枪封锁着前进的道路。在机枪掩护下，老三团接连发起了多次中锋，都失败了。没有攻坚的重武器，有没有办法进行土木作业，怎么办？在紧急召开的诸葛亮会上，大家的意见渐趋统一：从大垭口附近迂回揭开房瓦实施火攻。
下午四时，一架鬼子的飞机来到了阵地上空，随后，又有两架敌机到来并开始向八路军阵地投放炸弹，只是由于山高林密，鬼子的飞机不敢过分低空飞行，所以造成的损失并不严重。但飞机的到来，如同给被围的鬼子打了强心针，封锁的枪声更加响亮了。事不宜迟，尹志伟团长下令一营继续在山门佯攻，二营则绕到大殿的后面，揭开房瓦往里投掷手榴弹，随后点燃了一堆堆的高粱秸。风借火势火借风势，噼噼啪啪的燃烧声，鬼哭狼嚎的惨叫声，八路军缴枪不杀的喊话声，此起彼伏。被烧得焦头烂额的鬼子，以机枪开道妄想杀开一条血路，八路军也以机枪展开对射。尹志伟团长大喝一声：“同志们，冲啊！”部队就像潮水一样踏着敌人的尸首冲进了大庙。大火仍在燃烧，浓烟滚滚直冲云霄，经过打扫战场，除俘虏三名日军外，一百余名鬼子悉数被歼。
消灭了日军以后，鬼子的飞机还在天空盘旋，在浓烟的掩护下，八路军将刚刚缴获的九二步兵炮拉到了大垭口，用仅有的三发炮弹击落了一架敌机－－－－这也算是八路军新式打法结出的丰硕成果吧。
后来，经过对俘虏兵进行的审讯才得知，日军之所以派飞机前来支援，是因为这只被称作小泉的中队是全部由尉官组成的日军“模范中队”。稍后《解放日报》后来这样评价这次战斗：“在当时的条件下，能取得这样大的胜利，是很不容易的。他打出了军威，提高了士气，坚定了根据地军民抗战必胜的信心。”而被俘的三名日军经过改造后，参加了反战大同盟，成为对日伪军政治攻势的骨干分子了。
王致虞县长主持召开了黑水沟伏击战庆功大会，在感谢了老三团给予的大力帮助后，着重表扬了县独立营在战斗中的出色表现，对独立营的快速成长倍感欣慰，并将表现突出的30名战士送到了主力部队。
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