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天池南接东北走向的洛河，北接庙头，是通向东部新安唯一的通道，这座海拔五百多米、南北走向的山岭，立即引起所与人关注。386旅第772团在叶成唤团长率领下，先敌一步赶到天池，他们还没有来得及构筑工事，便见到了日军先头部队的身影。
日军先头部队压根没有想到天池会出现中国军队，日军官兵在没有任何准备的情况下，被迎头痛击、死伤一片。日军先头部队是从天池中部一条山路列队而来，因此毫无准备的日军部队由于队列密集，在突然打击下，连滚带爬的退了下去，整个战斗仅仅持续了20分钟。
起初日军指挥官认为是小股部队出现在前面，日军先锋部队指挥官气急败坏，经过半个小时准备便展开了进攻。日军先头部队是一个大队士兵，他们把兵力分散采用战斗队型向山岭上从来。日军刚进入射程，团长叶成唤下令射击，顿时铺开盖地的迫击炮轰击，日军被炸得屁滚尿流。看到如此局面，日军大队长认为问题严重了，对面绝不是小股部队，他一边报告师团长松井大茂，一边继续组织发动进攻。
本身日军就十分疲劳，再加上先头部队为了快速前进，他们携带的都是轻武器，甚至连92步兵炮也没有，而对面竟然有大量迫击炮，因此日军的进攻受挫。该大队长又向师团长松井大茂汇报作了详细汇报。此时松井大茂接到前锋部队报告，已经是下午三时。
坦率说松井大茂刚接到报告并没有惊慌，他认为出现在天池的中国军队顶多有一个团的兵力。天池没有坚固的工事，不是防守的绝佳地点，即便前面出现一个师的中国部队，他也有能力越过去。可是他不知道出现在天池的是，曾正面阻击过105师团的129师，若是知道129师出现在前面他不会这么想。松井大茂命令后续部队火速前进，天黑前拿下天池。
松井大茂率领师团部到达马家沟时，接到前锋部队的报告，前锋部队投入一个联队发动强攻，居然无果被击退。这功夫松井大茂认为事态严重了。他一面命令部队继续发动轮番攻势，一面向司令官寺内寿一报告。很快寺内寿一来电，105师团由于已经到达黄河岸边，目前大部队正在渡河，已经无法实施救援，而南部的第40师团可以抽调后部兵力实施救援，司令官命令松井大茂务必突破天池，经新安南下。
寺内寿一说的十分清楚，不要绝对指望救援，意思是说你一个师团面对疲惫、混乱的中国军队，难道突围不出来？作为勇猛的日本军人，这种狂妄自大的本性几乎与生就有，司令部所有的将官都认为，如此局面下，中国军队妄想吃掉一支整编师团，纯属是痴心妄想。
激烈的战斗持续到当天晚上，日军才真正赶到对面防守的守军是何等顽强。天黑后129师大部队到达天池，可是日军没有停止进攻。焦头烂额的日军反而攻势更猛。经过一个昼夜鏖战，日军在天池防守阵地前方，布满了密密麻麻的尸体，日军根本顾不上收尸，坦率说日军无暇顾及战死的日军士兵，甚至连伤员也顾不上了。经过暂短的休息，日军又发动了潮水般的进攻。
天亮后，双眼通红的松井大茂，看到天上又下起了雨，顿时仰天长叹，看样子上帝都要毁灭他。他知道糟糕的天气空军部队无法支援作战，而己方又没有重武器，只能期望用士兵的血肉之躯杀开一条血路。恰在此时，他接到司令官寺内寿一的告知，第40师团救援部队，在熊耳山遭到中国军队顽强阻击，而后续部队又报告，大批中国军队尾随上来，后续部队已经和中国军队激烈交火，松井大茂这才意识到，中国军队是意图吃掉自己。
松井大茂大急，他火速向司令官报告，同时命令联队长披挂上阵，率领部队发动集团进攻，他要不惜任何代价，突破天池。顿时枪声、手榴弹的爆炸声、迫击炮弹在空中发出的特有啸音形成了大合唱。而日军也集中了92步兵炮、掷弹筒等重火力，战况瞬间变得更加凶险起来。
129师是师指挥部里，告急的电话响个不停，刘伯承举着望远镜向硝烟弥漫的前方查看，显得非常冷静。副师长彭雪枫焦急说：“师长！日军简直不要命了，日军在发动决死冲锋，日军这种不要命的打法，简直是闻所未闻，这样下去我们恐怕守不住。”刘伯承说：“把预备队独立旅全部投入阵地，关键时刻我们一定要咬牙挺住，一定保证阵地在我们手里。”
日军潮水般的攻势，一浪高过一浪，情形越发危险。前言阵地被日军突破，此时旅长陈赓率领旅部成员，冲出了指挥部。陈赓头戴钢盔跳进齐腰深的战壕，向侧前方跑去。前方一处重机枪阵地，被日军92步兵炮击毁，日军士兵抓住有利时机冲了上来。有几名日军士兵跳进战壕，陈赓和警卫员一顿扫射。
转眼之间，他们消灭进入战壕的日军士兵，接着一顿手榴弹。借着爆炸的硝烟，陈赓亲自操起重机枪狂扫起来，前面的日军被密集的弹雨扫到了一大片，这时从两侧又上来大批战士，一顿冰雹般的手榴弹砸向日军，可是日军并没有退缩，仍然顽强的发起冲锋。陈赓知道，现在是最关键时刻，只能咬牙坚持到底，可是日军根本不要命，前仆后继的向上涌来，就在这千钧一发之际。
突然，从东南方向传来嘹亮的军号声，大批骑兵从山谷侧杀了进来，王德彪的骑兵先头部队赶到了。一支骑兵团排山倒海般冲过来，战斗情形立即逆转。由于天池到马家沟一带是山谷丘陵地带，因此骑兵部队展开非常迅速。正在冲锋的日军迅速崩溃，连滚带爬的退了下去。
“我们的援兵到了！我们的援兵到了，阵地上爆发出欢呼声。陈赓举着望远镜，只见骑兵战士手里挥动着马刀，不断地把惊慌失措的日军士兵劈倒在地。一队骑兵冲上日军的92炮兵阵地，日军炮兵连滚带爬逃跑，但是那里能跑过骑兵。陈赓看到大喜说：“骑兵兄弟好样的，你们下去把日军的92步兵炮给我弄上来。
伴随王德彪骑兵部队陆续投战场，当天晚上，松井大茂命令部队退入马家沟坚守、等待援兵，此时他已经无力发动进攻。司令官寺内寿一了解了他的情况，无奈命令救援的第40师团两个联队，迅速向23师团靠拢。可是他们遭到第152师、187师顽强阻击。由于日军救援的两个联队，没有携带重武器，再加上守军爆发了强大的战斗力，日军救援部队被成功阻截。
当天晚上王德彪率领师部队到达天池，并和129师胜利会师，随后他命令骑兵第10旅、第11旅布防在马家沟东南侧，防止日军向洛河分散突围，而他自己率领骑兵第12旅，协同129师固守天池防线，并肩作战。
当天夜里，西面尾随进攻的两个师率先发动攻势，午夜时分，担任北侧包围的两个师也进入攻击位置，其中一部于129汇合。于此同时在南部实施包抄的两个师也进入攻击位置，日军第23师团被包围在马家沟方圆10公里的范围内，已经插翅难逃。
经过打扫战场，两天一夜，日军在129师阵地前方阵亡了将近三千人，另外还抓获了五百多名伤兵。而129师在短短两天一夜的时间里，也付出了将近三千人的代价，可以想象当时的战斗多么惨烈。771团团长徐继深身负重伤，团政委阵亡。其中有两个营长阵亡，三个营长负伤，至于连级、排级军官不一一赘述。
王德彪的骑兵第四师及时赶到战场，23师团已经不可能由天池突围，目前松井大茂只能固守待援。次日，天气放晴，日军轰炸机终于飞临战场，在马家沟23师团指挥部，松井大茂望着天上的飞机，破口大骂，他是在骂空军部队，还是骂鬼天气，属下不得而知。可是部队已经四外防御固守，他不可能组织部队突围了。
三门峡前线指挥部，穆亚平的心情很好，此时他手里拿着彭德怀发来的电报说：“彭总说，为了避免伤亡，要求各攻击部队发动有限的攻击，消耗日军的弹药。现在日军救援的部队被成功阻击在熊耳山，因此彭总认为我们可以缓慢攻击，最后再发动致命一击。”
连续两天晴好天气。寺内寿一数封电报要求松井大茂突围，可是松井大茂哪有能力突围。现在不仅弹药缺乏，部队的粮食也出现了问题。目前各个连队已经开始宰杀马匹。由此日军大本营更加确认，中国军队在三门峡一线、潼关隐藏了重兵因此电令寺内寿一，取消救援。同时日军大本营命令松井大茂可以分散向南部突围，原因是南部是连绵起伏的群山，至于能逃出多少让上天来决定吧！
日军又坚守了一天，松井大茂发现中国军队攻势并不猛烈，但是始终不间断发动进攻。他终于明白怎么回事。当天晚会他召开了军事会议，命令一个师团挡住东西北三个方向，而他率领主力向南突围。目前23师团还有16000兵力，他宣布率领七千人向南部突围，而主力部队突围后，其它固守的各部各自拟定突围计划。
同时松井大茂下达了死命令，主力部队突围前，掩护部队没有命令不许离开防守阵地，其实他的意思很明显，就是留下掩护的部队坚守到最后玉碎。松井大茂实施分散突围计划，加速了他的灭亡。如果他坚守马家沟，至少还能坚守10天，可是他选择了分散突围，不到三天，整个23师团全军覆没。
日军选择午夜时分突围，当天晚上22是左右，在马家沟北侧一片树林里，出现了一队人马，这队人马就是当初被打残的175师何飙部。本来围歼作战没有他什么事，可是何飙想到他擅自逃跑的罪责，他猜想穆司令肯定要秋后算账，原因是围歼作战穆司令根本没有搭理他，基本上把他晾在一边。
何飙思前想后，决定率领残余部队主动向日军发动进攻。
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