29日晨，日军集中全部兵力，在3架飞机掩护下，施放毒气突破独立一旅二团阵地，夺路南逃，拼命向鲁咱山上爬。一二○师从四面八方用各种武器猛烈射击，日军被毙伤大半，只有200人爬上山顶，骡马、辎重阳重武器全部丢掉了。水源义雄在山顶遭一二○师密集交叉火力的杀方，炮弹在日军中爆炸，一二○师战士向日军阵地冲锋，日军集结兵力在战机的掩护下，企图恢复第一线车地，一二○师战士与日军进行拼杀。
下午，贺龙师长、关向应政委从刘家沟来到一二○师前线指挥所，到阵地前沿观察了解战斗情况，下达了总攻命令。总攻前，王佑民向连队战士说：“现在是英勇战斗，为民泣功的时候了，要坚决消灭这些日本侵略者。”总攻开始，鲁柏山上枪炮齐鸣、杀声震天。王佑民率领连队参加全歼日军水源义雄少将的战，战士们冲上山去与日军展开了白刃战。
正在这时，在鲁柏山西南发现企图向万寺院逃命的一股五六十人的日军。王佑民命令连队进行堵追，消灭这股妄图逃窜的日军。日军拼命猛冲，被王佑民指挥的连队坚决堵住。日军不停地射击，八路军以密集的火力射向日军。日军纷纷倒地。王佑民命令连队暂停射击，亲自带一部分战士向日军侧后方绕去，准备活捉这伙日军。日军的枪声也暂停了。正面堵截日军的八路军战士向日军喊话：“缴枪不杀!”连队战士不会日语，日军听到喊声又开始疯狂射击。王佑民带领的一部分战士已绕到日军侧后方。只见一个身着黄呢军服的日军军官手挥战刀大声叫着，日军的火力向被堵截的方向猛烈射击。王佑民向身边的战士要了一颗手榴弹，使劲投向疯狂射击、负隅顽抗的这伙日军，手榴弹在日军中爆炸，日军独立混成第八旅团旅团长水源义雄应声被炸倒，跌死在乱石堆中。主佑民率领战士向日军冲去，缴获了水源义雄的指挥刀。余下日军四处逃窜，被战士们捕获，无一漏网。由灵寿、慈峪企图接应逃敌的800余名日军，被预伏在柏头山的七一九团毙伤过半，溃退逃回灵寿县城。
经历6天5夜的歼灭战“陈庄战斗”结束。被俘日军山田泰治供称：“与我同逃约五六十人，大部分被打死，水源旅长阵亡。”水源义雄的翻泽官令西卯三郎供称：“水源旅团长业已阵亡。”被日军称为“天才指挥者”、“牛刀子专家”的水源义雄少将，成了异乡之鬼。此次“陈庄战斗”毙伤日军2000余人，缴获大量军用囱资，打击了侵华日军的气焰。八路军一二○师参战部队在晋察冀边区发出了神威。
