这场战斗往往被证明是“八路军战斗力低下”的一个例子，但对那段历史有所了解的人都知道，八路军之所以能在华北对付日军，最初是依靠人民的支持和灵活的游击战，而不是对抗日军。

冈崎大队虽然叫大队，但实际只有535人。但是，它的数量虽然少，但装备非常精良，不仅有两把山炮，还有无线电分队和医疗班。此外，它有足够的弹药携带，持续作战能力很强。

冈崎大队到达黄崖洞兵工厂时，有八路军的一个连在守卫兵工厂，但可能是没想到日军会如此深入腹地，该连在连长的带领下仓皇逃跑，以至于冈崎大队占领了黄崖洞兵工厂。好在此时阿森纳最值钱的机器设备已经转移，损失并不大。临阵脱逃的连长，在彭事后“卖力妈妈”的怒骂中被击毙。

冈崎大队如此嚣张，彭自然不能放过他，于是他紧急命令所有部队包围冈崎大队。冈崎大队在与前来围剿的八路军部队的战斗中也嗅到了危险，因为与它作战的这些部队都装备了对八路军来说极其珍贵的迫击炮。感情不好的冈崎大队迅速撤退，最后来到一个叫关家坳的村子。日军估计单靠自己突围非常困难，于是决定在关家垴建立防御阵地，并坚守以待援助。

到达后，冈崎大队并不满足于易守难攻的地形，而是抓了300多名当地人挖掘复杂的工事。除了挖壕沟、射击孔、散兵坑等土方工程，关家垅上的村民洞穴也被挖穿，形成了与地道一样的防御工事。

除了在关家垅上修筑防御工事，冈崎还把注意力转向了关家垅以南的垅。这个地方比关家垴略高，所以关家垴可以用火压制。冈崎立即派了一个中队试图占领龙，一是为了防止这个重要的地方被八路军占领，二是占领龙后，他们可以与关家龙形成交叉火力。日军趁夜占领龙，而守备该地的八路军以为是友军作出改变，在迷雾中失去了阵地。

彭也知道的重要性，于是他命令部队在凌晨发动突袭攻克。然而，出乎意料的是，柳树坳上的日军利用八路军准备进攻的间隙，紧急修筑工事，柳树坳上的梯田使八路军难以行进。此外，日军火力压制，八路军一直到天亮都没能拿下柳树脑。最后，八路军只能保留几支部队来牵制柳树坳上的日军。

关家垴长期攻不下，陈赓、刘伯承等将领建议，应率日军出关家垴再战。然而，彭认为，如果这批日军被释放，将很难再歼灭他们。最终，彭逼迫八路军继续进攻，并说:“如果不能得到家属，就撤销129师！”

但是战局仍然僵持不下，逐渐向不利于八路军的方向发展。冈崎大队一直在利用电台向周边友军求助，而附近的铃木支队和田中大队则得到帮助，迅速支援关家坳。彭发现日军援军向关家垴冲来后，怒不可遏，上前线调查，拍摄了著名的用望远镜观察战场的照片。

但是，主力司令牺牲的日军仍然没有放弃抵抗，直到10月31日凌晨才被八路军彻底击败。这时，日军增援部队铃木支队已经在柳树岩地区与八路军大源部队交火。下午4点，日军援军近在咫尺，冈崎大队100多人还在战斗，彭终于下令撤退。八路军在限制了士兵的遗骸和武器装备后，转移到了后方。

在这场战斗中，八路军以绝对优势围困了一个日军旅，激战了两天两夜。根据我军当时的战报，我军129师死伤600余人，日军遗尸百余具，缴获各种枪支百余支。但据陈赓回忆，我军伤亡2000多人，据说关家阵亡589人，受伤1570多人，共计2160多人。日军阵地上还剩下280多具尸体，还有三堆骨灰。

我军俘虏伤兵2人，缴获步枪50余支，轻重机枪6挺。

几天后，彭、左权、刘伯承等八路军重要将领勘察了日军在关家留下的防御阵地，并对布局和方法进行了深入研究，极大地鼓舞了八路军，这是付出相当代价后的一笔横财。