第二天，在李国韬的命令下，八路军集中上万兵力，对困守原平县城的日军土井联队发动了最后的总攻。

此时的土井联队已经只剩下大约一千残兵败将，根本无法抵挡八路军的猛攻，只能困守县城，垂死挣扎。战斗从下午二点开始，一直持续到黄昏时分，八路军一举攻占了原平县城，城内日军被全歼，土井大佐在绝望中剖腹自尽。

至此，曾经不可一试的日军第10师团被八路军一举全歼。八路军取得了忻州保卫战的