天池南接東北走向的洛河，北接廟頭，是通向東部新安唯一的通道，這座海拔五百多米、南北走向的山嶺，立即引起所與人關注。386旅第772團在葉成喚團長率領下，先敵一步趕到天池，他們還沒有來得及構築工事，便見到了日軍先頭部隊的身影。
日軍先頭部隊壓根沒有想到天池會出現中隊，日軍官兵在沒有任何準備的情況下，被迎頭痛擊、死傷一片。日軍先頭部隊是從天池中部一條山路列隊而來，因此毫無準備的日軍部隊由于隊列密集，在突然打擊下，連滾帶爬的退了下去，整個戰斗僅僅持續了20分鐘。
起初日軍指揮官認為是小股部隊出現在前面，日軍先鋒部隊指揮官氣急敗壞，經過半個小時準備便展開了進攻。日軍先頭部隊是一個大隊士兵，他們把兵力分散采用戰斗隊型向山嶺上從來。日軍剛進入射程，團長葉成喚下令射擊，頓時鋪開蓋地的迫擊炮轟擊，日軍被炸得屁滾尿流。看到如此局面，日軍大隊長認為問題嚴重了，對面絕不是小股部隊，他一邊報告師團長松井大茂，一邊繼續組織發動進攻。
本身日軍就十分疲勞，再加上先頭部隊為了快速前進，他們攜帶的都是輕武器，甚至連92步兵炮也沒有，而對面竟然有大量迫擊炮，因此日軍的進攻受挫。該大隊長又向師團長松井大茂匯報作了詳細匯報。此時松井大茂接到前鋒部隊報告，已經是下午三時。
坦率說松井大茂剛接到報告並沒有驚慌，他認為出現在天池的中隊頂多有一個團的兵力。天池沒有堅固的工事，不是防守的絕佳地點，即便前面出現一個師的中國部隊，他也有能力越過去。可是他不知道出現在天池的是，曾正面阻擊過105師團的129師，若是知道129師出現在前面他不會這麼想。松井大茂命令後續部隊火速前進，天黑前拿下天池。
松井大茂率領師團部到達馬家溝時，接到前鋒部隊的報告，前鋒部隊投入一個聯隊發動強攻，居然無果被擊退。這功夫松井大茂認為事態嚴重了。他一面命令部隊繼續發動輪番攻勢，一面向司令官寺內壽一報告。很快寺內壽一來電，105師團由于已經到達黃河岸邊，目前大部隊正在渡河，已經無法實施救援，而南部的第40師團可以抽調後部兵力實施救援，司令官命令松井大茂務必突破天池，經新安南下。
寺內壽一說的十分清楚，不要絕對指望救援，意思是說你一個師團面對疲憊、混亂的中隊，難道突圍不出來？作為勇猛的日本軍人，這種狂妄自大的本性幾乎與生就有，司令部所有的將官都認為，如此局面下，中隊妄想吃掉一支整編師團，純屬是痴心妄想。
激烈的戰斗持續到當天晚上，日軍才真正趕到對面防守的守軍是何等頑強。天黑後129師大部隊到達天池，可是日軍沒有停止進攻。焦頭爛額的日軍反而攻勢更猛。經過一個晝夜鏖戰，日軍在天池防守陣地前方，布滿了密密麻麻的尸體，日軍根本顧不上收尸，坦率說日軍無暇顧及戰死的日軍士兵，甚至連傷員也顧不上了。經過暫短的休息，日軍又發動了潮水般的進攻。
天亮後，雙眼通紅的松井大茂，看到天上又下起了雨，頓時仰天長嘆，看樣子上帝都要毀滅他。他知道糟糕的天氣空軍部隊無法支援作戰，而己方又沒有重武器，只能期望用士兵的血肉之軀殺開一條血路。恰在此時，他接到司令官寺內壽一的告知，第40師團救援部隊，在熊耳山遭到中隊頑強阻擊，而後續部隊又報告，大批中隊尾隨上來，後續部隊已經和中隊激烈交火，松井大茂這才意識到，中隊是意圖吃掉自己。
松井大茂大急，他火速向司令官報告，同時命令聯隊長披掛上陣，率領部隊發動集團進攻，他要不惜任何代價，突破天池。頓時槍聲、手榴彈的爆炸聲、迫擊炮彈在空中發出的特有嘯音形成了大合唱。而日軍也集中了92步兵炮、擲彈筒等重火力，戰況瞬間變得更加凶險起來。
129師是師指揮部里，告急的電話響個不停，劉伯承舉著望遠鏡向硝煙彌漫的前方查看，顯得非常冷靜。副師長彭雪楓焦急說︰「師長！日軍簡直不要命了，日軍在發動決死沖鋒，日軍這種不要命的打法，簡直是聞所未聞，這樣下去我們恐怕守不住。」劉伯承說︰「把預備隊獨立旅全部投入陣地，關鍵時刻我們一定要咬牙挺住，一定保證陣地在我們手里。」
日軍潮水般的攻勢，一浪高過一浪，情形越發危險。前言陣地被日軍突破，此時旅長陳賡率領旅部成員，沖出了指揮部。陳賡頭戴鋼盔跳進齊腰深的戰壕，向側前方跑去。前方一處重機槍陣地，被日軍92步兵炮擊毀，日軍士兵抓住有利時機沖了上來。有幾名日軍士兵跳進戰壕，陳賡和警衛員一頓掃射。
轉眼之間，他們消滅進入戰壕的日軍士兵，接著一頓手榴彈。借著爆炸的硝煙，陳賡親自操起重機槍狂掃起來，前面的日軍被密集的彈雨掃到了一大片，這時從兩側又上來大批戰士，一頓冰雹般的手榴彈砸向日軍，可是日軍並沒有退縮，仍然頑強的發起沖鋒。陳賡知道，現在是最關鍵時刻，只能咬牙堅持到底，可是日軍根本不要命，前僕後繼的向上涌來，就在這千鈞一發之際。
突然，從向傳來嘹亮的軍號聲，大批騎兵從山谷側殺了進來，王德彪的騎兵先頭部隊趕到了。一支騎兵團排山倒海般沖過來，戰斗情形立即逆轉。由于天池到馬家溝一帶是山谷丘陵地帶，因此騎兵部隊展開非常迅速。正在沖鋒的日軍迅速崩潰，連滾帶爬的退了下去。
「我們的援兵到了！我們的援兵到了，陣地上爆發出歡呼聲。陳賡舉著望遠鏡，只見騎兵戰士手里揮動著馬刀，不斷地把驚慌失措的日軍士兵劈倒在地。一隊騎兵沖上日軍的92炮兵陣地，日軍炮兵連滾帶爬逃跑，但是那里能跑過騎兵。陳賡看到大喜說︰「騎兵兄弟好樣的，你們下去把日軍的92步兵炮給我弄上來。
伴隨王德彪騎兵部隊陸續投戰場，當天晚上，松井大茂命令部隊退入馬家溝堅守、等待援兵，此時他已經無力發動進攻。司令官寺內壽一了解了他的情況，無奈命令救援的第40師團兩個聯隊，迅速向23師團靠攏。可是他們遭到第152師、187師頑強阻擊。由于日軍救援的兩個聯隊，沒有攜帶重武器，再加上守軍爆發了強大的戰斗力，日軍救援部隊被成功阻截。
當天晚上王德彪率領師部隊到達天池，並和129師勝利會師，隨後他命令騎兵第10旅、第11旅布防在馬家溝東南側，防止日軍向洛河分散突圍，而他自己率領騎兵第12旅，協同129師固守天池防線，並肩作戰。
當天夜里，西面尾隨進攻的兩個師率先發動攻勢，午夜時分，擔任北側包圍的兩個師也進入攻擊位置，其中一部于129匯合。于此同時在南部實施包抄的兩個師也進入攻擊位置，日軍第23師團被包圍在馬家溝方圓10公里的範圍內，已經插翅難逃。
經過打掃戰場，兩天一夜，日軍在129師陣地前方陣亡了將近三千人，另外還抓獲了五百多名傷兵。而129師在短短兩天一夜的時間里，也付出了將近三千人的代價，可以想象當時的戰斗多麼慘烈。771團團長徐繼深身負重傷，團政委陣亡。其中有兩個營長陣亡，三個營長負傷，至于連級、排級軍官不一一贅述。
王德彪的騎兵第四師及時趕到戰場，23師團已經不可能由天池突圍，目前松井大茂只能固守待援。次日，天氣放晴，日軍轟炸機終于飛臨戰場，在馬家溝23師團指揮部，松井大茂望著天上的飛機，破口大罵，他是在罵空軍部隊，還是罵鬼天氣，屬下不得而知。可是部隊已經四外防御固守，他不可能組織部隊突圍了。
三門峽前線指揮部，穆亞平的心情很好，此時他手里拿著彭德懷發來的電報說︰「彭總說，為了避免傷亡，要求各攻擊部隊發動有限的攻擊，消耗日軍的彈藥。現在日軍救援的部隊被成功阻擊在熊耳山，因此彭總認為我們可以緩慢攻擊，最後再發動致命一擊。」
連續兩天晴好天氣。寺內壽一數封電報要求松井大茂突圍，可是松井大茂哪有能力突圍。現在不僅彈藥缺乏，部隊的糧食也出現了問題。目前各個連隊已經開始宰殺馬匹。由此日軍大本營更加確認，中隊在三門峽一線、潼關隱藏了重兵因此電令寺內壽一，取消救援。同時日軍大本營命令松井大茂可以分散向南部突圍，原因是南部是連綿起伏的群山，至于能逃出多少讓上天來決定吧！
日軍又堅守了一天，松井大茂發現中隊攻勢並不猛烈，但是始終不間斷發動進攻。他終于明白怎麼回事。當天晚會他召開了軍事會議，命令一個師團擋住向，而他率領主力向南突圍。目前23師團還有16000兵力，他宣布率領七千人向南部突圍，而主力部隊突圍後，其它固守的各部各自擬定突圍計劃。
同時松井大茂下達了死命令，主力部隊突圍前，掩護部隊沒有命令不許離開防守陣地，其實他的意思很明顯，就是留下掩護的部隊堅守到最後玉碎。松井大茂實施分散突圍計劃，加速了他的滅亡。如果他堅守馬家溝，至少還能堅守10天，可是他選擇了分散突圍，不到三天，整個23師團全軍覆沒。
日軍選擇午夜時分突圍，當天晚上22是左右，在馬家溝北側一片樹林里，出現了一隊人馬，這隊人馬就是當初被打殘的175師何飆部。本來圍殲作戰沒有他什麼事，可是何飆想到他擅自逃跑的罪責，他猜想穆司令肯定要秋後算賬，原因是圍殲作戰穆司令根本沒有搭理他，基本上把他晾在一邊。
何飆思前想後，決定率領殘余部隊主動向日軍發動進攻。