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鉴于孙楚与高桂滋的摩擦，阎锡山与参谋长朱绶光商定，派有威望的傅作义将军负责指挥平型关全线。阎锡山说：“我认为平型关外大有可为，不可让八路军专断。再令陈长捷率第61军从代县出发，急速赴援平型关，咱好好在平型关打一仗！”
9月25日，傅作义风尘仆仆赶到大营与孙楚见面后，孙楚气愤地说：“高桂滋擅自放弃阵地，致使奋勇出击的郭宗汾部陷入极大被动，吉凶难卜，不但无法配合八路军围歼日军，反而难以自救，实在令人愤慨！”
傅作义问：“郭部现在什么情况？”
孙楚说：“他与总指挥部联络中断，详情不知。”
傅作义立即要通避于恒山下的高桂滋的电话，告诉他：目前平型关激战正酣，陈长捷部已兼程前往增援，阎长官仍决定于平型关外大举歼敌，为确保迷回、涧头、六郎城等重要据点，便于大军出击，劝他率第17军收复团城口。
高桂滋说，职部已被敌突散，未及收容整顿，难以从命。傅作义只得连续发出急电，催促陈长捷率军主力兼程前进，同时设法与郭宗汾取得联系，令他率部坚守阵地待援。
陈长捷率部一夜急行百余里，26日拂晓抵达大营。
与陈长捷见面后，傅作义说：“由于高桂滋部擅自撤退，致使郭宗汾部冒险出击，隔离于东西跑池、迷回、涧头和六郎城等地，幸好八路军一部从关沟进攻东、西跑池之敌，减轻郭部一些压力，郭部仍在苦撑待援。”
陈长捷：“我军主力随后就到，如何增援？”
傅作义：“当务之急是解除郭部困境，协助郭部全力反攻团城口。”
陈长捷：“我去布置，马上行动！”
26日上午，第61军第217旅击溃围攻涧头村的日军后，立即联合守卫涧头的第2预备军一部，再向迷回攻击前进。傍晚，第217旅第434团在团长程继贤带领下，从涧头东北冲上迷回北面山头，旅主力随后跟进。击破日军两次反扑，解了郭宗汾军迷回之围。
第208旅第415团攻占西跑池，救出困守在一个小据点里的郭军一部，然后继续向东跑池攻击，日军凭借工事顽抗，鹞子涧之敌阻击增援。深夜，敌我在东跑池南山头形成对峙。
26日夜，第434团占领迷回北山头后，乘日军增援东跑池、鹞子涧空虚之机，一举攻占了鹞子涧，将团城口和东跑池的日军阻隔开。失去鹞子涧的日军为解除平型关正面和团城口被阻隔的危境，27日清晨，日军以猛烈炮火向鹞子涧两面夹击，鹞子涧被炮火覆盖。
顷刻间，鹞子涧尸血满地。大批日军向第434团凶猛冲杀，双方展开惨烈的肉搏战。两小时后，团长程继贤和两个营长以下，近千名官兵全部战死！
第217旅旅长梁春溥闻讯后，即率第433团赴援，但被日军阻于鹞子涧西侧。梁春溥收容第434团残部不足一连人。这是陈长捷部继南口抗战后，又一次整团的壮烈牺牲。
日军夺回鹞子涧后，又向推进至东跑池的第61军第208旅攻击。该旅第415团阵地打得最为激烈，经反复搏杀，该团伤亡过半。团长刘崇一胸部和大腿中弹，无法站立。刘团长坐在地上，仍挥臂高呼杀敌！旅长吕瑞英令仅余的预备干部营参战，增援第415团。激战后，干部营伤亡80多人，营长范占元重伤。
虽经数日激战，第61军和第2预备军仍未能夺回团城口、鹞子涧、东西跑池、六郎城等高地，两军伤亡在五千人以上。但平型关正面主要阵地仍在中国守军手中。