响声四起，黑烟弥漫。敌人的一辆辆汽车冒出了滚滚的浓烟。紧接着，贺炳炎团长命令部队迅速撤离了战场。当阳明堡的日军闻讯赶来增援时，这里只剩下一片日军尸体和汽车残骸了。
此战，共毙伤日军300余人，击毁汽车20余辆。
20日夜，第716团再次前往黑石头沟地区设伏。这次分兵三路：一路占雁门关，一路向广武镇，一路向太和岭，并连夜破坏8座桥梁。
21日上午9时，日军由南向北的汽车200余辆和由北向南的汽车数十辆相向而来。当其先头车辆驶入伏击区时，第716团居高临下，以突然而猛烈的火力展开攻击。
日军汽车因公路被破坏无法前进，约一个营的步兵下车迎战。日军吸取上次教训，防守严密，还派出5架飞机支援。但是经过两小时激战，日军仍然以3倍于我的伤亡败退。
两次伏击战斗，共毙伤日军500余人，击毁汽车30余辆。与此同时，八路军第120师切断了日军由大同到忻口的交通补给线，第115师打击了蔚县至代县的日军交通补给线，使进攻忻口日军的弹药、油料供应濒于断绝，攻势顿挫。
雁门关伏击战是继平型关大捷后，八路军打的又一个较大的胜仗。忻口会战前敌总指挥、国民党第二战区副司令长官卫立煌在战役结束后曾对周恩来说：
“八路军把敌人几条后路都截断了，对我们忻口正面作战的军队帮了大忙。”
毛泽东在《抗日游击战争的战略问题》一书中对此战给予了高度评价，指出：
游击战争还有其战役的配合作用。例如：太原北部忻口战役时，雁门关南北的游击战争，破坏同蒲铁路、平型关汽车路、杨方口汽车路，所起的战役配合作用，是很大的。
