而此时的态势是：日军第二十师团第七十七联队，由洪洞进犯安泽、沁源，遭到我八路军第一一五师一部、决死纵队和国民党第十七军的阻击；酒井隆第二十八师团一步兵联队及骑兵、炮兵、工兵和辎重各一部，由太谷、祁县进犯子洪口，在东西团城地方，遭到国民党军第一六九师、第九十四师的阻击：敌第一〇九师团两个大队由太谷、榆社，经长凝，向洞郊、马坊进攻，以榆社为目标，前进没多远，就受到“秦赖支队”的钳制。敌第十六师团兵分4路进攻，一路是一个联队，由平定、昔阳经和顺，向辽县进攻，由于国民党军没有组织积极的抗击，致使敌人顺利地到达了辽县：第二路也是一个联队由平定、昔阳，经皋落，向辽县进攻，在松烟镇附近被曾国华、汪乃贵两支队阻击，有一定伤亡，进展迟缓；第三路是一个大队，由元氏、赞皇向西进攻浆水，被我一个支队和地方武装迎击；另一路是两个大队，由涉县攻麻田，遭到了国民党军骑兵第四师和我八路军第一二九师一部的钳制：敌第一〇八师团一个联队由长治经襄垣、西营、下良迫近辽县；步兵工藤联队附骑兵、炮兵、工兵、辎重和一个大队，由屯留、虒亭，向沁县进攻，遭到了曾万钟部的打击，但没阻住，即占领了沁县、武乡、逼近榆社。这后两路均为苫米地师团长指挥，是此次向晋东南围攻的主力。
按照朱德、彭德怀的命令，八路军第一二九师从鸡鸣铺伏击阵地撤出后，向武乡、榆社间开进。这时，各路日军已经开始向晋冀豫根据地中心进犯。4月14日，徐向前和刘伯承部正在西进途中，看到榆社方向火光冲天，据报告，敌由榆社返回武乡。徐向前对刘伯承说：“他们把武乡烧光了，估计不会久住，很快就会撤出”。刘伯承同意这个判断。4月15日，侵占武乡的敌第一一七联队（联队长柏崎）附炮兵和辎重部队共计3000多人北犯榆社扑空，马上又窜回武乡。黄昏以后，又放弃武乡，连夜沿浊漳河向襄垣方向窜犯。徐向前接到这一情况报告后，认为这可是个追击歼敌的好机会。他对刘伯承师长说：“鬼子辎重骡马多，他们从来不习惯于夜间行动。这一次，他们又不是逃命，更不知道我们距离他们只有30多里路。他们背的‘包袱’大，又有牛车，走不快的。我们现在是轻装，行军速度要比鬼子快得多。只要不被鬼子发觉，到天亮就可以追上”。
徐向前对此具体分析认为，其一，这一路鬼子虽然装备多，但是存在着便于我们利用的弱点，比如，此路敌军在白榆社进犯中，虽然遇到了曾万钟部的打击，但曾万钟部是一触即退，使日军不但没有多大损失，反而更助长了骄横傲慢心理，随之产生轻敌思想，加上敌人并不知道我军就在附近待机，更不能意识到存在的危险，所以，其警惕性不高，这是我们袭击敌人的最有利条件，也是最好的战机。其二，敌人是夜间行动，对他们来说是弱点，对我们来说则是特长，从而增大了敌我之间对比的优势。其三，敌人辎重多，行进速度慢，而我则是轻装前进，速度肯定比敌人快，若能追上敌人，还可以先敌展开，先敌占领，先敌开火，掌握战斗的主动权。
刘伯承听了徐向前的分析，觉得很有道理，果断地命令“追！”一声令下，陈赓将部队分为左右路两路：第七七二团、第六八九团在左，第七七一团在右，第七六九团留作预备队，沿浊漳河两岸山地开始了迅速追击。陈赓亲自率领第七七一团先行。各部队总的任务是，以急袭手段，将东窜的敌人一部夹击消灭在浊漳河谷。部队接此命令，以夜行百里的速度向武乡急进。16日清晨，第七七二团前卫，在南窑科、大小牛家庄，发现巩家垴有敌侧翼警戒部队400-500人，正向长乐村方向撤退。为避免暴露我行动企图，该团即在大小牛家庄隐蔽起来。敌未发现我军行动，继续东行。
这时，敌人的先头部队已过长乐村，辎重尚停留在白草延、马庄，两地只有少数后卫部队，而第七七一团已到达白草延对岸的郑峪村、张庄以北高地，与第七七二团两岸并行。徐向前见些态势，认为战机有利，遂令两个团立即发起相对突击，将敌拦腰斩断。第七七二团团长叶成焕，指挥第一营由田庄向型村、峪口间出击，第二营经岩村、向李庄出击。两个营沿山谷小路隐蔽前进，迅速占领了浊漳河北岸高地，敌军人马辎重车辆，正沿白草延至长乐村大道东撤。在敌人毫无心理准备的情况下，我轻重火器一齐突然开火，一时间敌人被打得蒙头转向，乱作一团，人仰马翻，辎重车辆沿路堆积，人马被压制在长乐村以西的型村、李庄、白草延、马庄一线的一个狭窄的河滩隘路上，无法展开。与此同时，第七七一团在浊漳河南岸的窑头、西岭村北侧一线高地占领阵地，实施火力突击，不给敌人以任何喘息之机，两个团密切协同动作，即以排山倒海的气势，从山头上、谷口处，甚至几丈高的陡坎上冲入敌阵，与敌人展开了白刃格斗，将李庄、型村间敌长队约1500多人截为数段。此时，没有组织起任何抵抗的敌人，有的钻到了车下，有的躲到死马后面，等到八路军战士冲到面前时，不得不举手投降。一少部分敌人，当明白是遭到八路军伏击时，组织起几股敌人疯狂地向两岸反扑。向北岸高地反扑的敌人，只有少数窜入山边的几座窑洞，也全部被第七七一团压回河滩，再次陷入重围。
已经越过长乐村的敌军主力，发觉后续梯队被围，处境危险，马上集中了1000多人返回解围，向我军七七二团左翼戴家垴发动猛攻。戴家垴阵地属于第六八九团坚守，但因该团接到命令较晚，这时尚未到达，如果该阵地失守，将直接影响全线阵地的稳定。所以，第七七二团主动派出一个连担任防守任务。这个连与10倍于己的敌人激战4小时，击退了敌人多次猛攻，终寡不敌众，伤亡太大，阵地失陷。战到中午12时，第六八九团赶到，对已失阵地立即组织了强有力的反击，经过反复冲击肉搏，终于夺回阵地。
15时，经过了十几个小时的激战后，日军第一〇八师团第二十五旅团苫米地旅团长，率其第一〇五联队附炮兵、工兵、辎重部队3000多人，从辽县经过蟠龙赶来增援，实施猛烈的反突击。而此时，部署在蟠龙负责打援的国民党第三军曾万钟部，竟然一弹未发，将增援的日军放过去。援敌兵分两路，一路由蟠龙向马村东南的第六八九团阵地攻击，一路会合长乐村的敌人向第七七二团阵地攻击。在炮火的掩护下，攻势更加猛烈。这个时候，当面之敌加上来援之敌，共约步兵三个联队、一个炮兵大队，数百名骑兵，向八路军阵地反复冲击。一时间，炮弹如雨，战斗的激烈程度为八路军抗战以来所仅见。敌人数次冲锋，都被我英勇的八路军猛烈的火力杀退，伤亡惨重。激战至17时，发现已县方向又有千余日军赶来增援。这时被包围的敌人全部被歼灭，为避免过大牺牲，刘伯承、徐向前遂以第七六九团、第六八九团各一部布成游击网，抗击与迷惑敌人，主力撤至云安村、合壁村一带隐蔽待机。一场驰名全国的追击战终告结束。这次追击战斗，如果国民党第三军曾万钟部能够在蟠龙一线截击援敌，我第一二九师的压力就会小一点，全歼日军就有更大的把握。正如陈赓所说：这次战斗若得到曾万钟军很好的配合，将苫米地旅团歼灭是无疑的，真是最可惜的一件事！
长乐村战斗，是粉碎日军九路围攻具有决定意义的一战。此次战斗共歼敌2200多人，缴获大批步马枪、轻重机枪、弹药以及其他军用品等。日军在这里遭到八路军的沉重打击后，其它各路纷纷回窜。八路军各部乘胜追击，又在沁源以南及沁县、沁源间、辽县、和顺间有力地打击了敌人，先后收复了辽县、黎城、潞城、襄垣、屯留、沁县、沁源、高平、晋城，使长治之敌陷于孤立。4月下旬，长治之敌经白晋公路和曲（沃）高（平）公路向同蒲路南段撤退，又被我八路军第一一五师第三四四旅、决死一纵队截击，伤亡近半。至此日军对晋冀豫根据地的九路围攻被彻底粉碎。