阻援部队与援敌激战时，也正是老爷庙高地争夺最激烈的时候。此时，林彪的手里已经没有预备队了，他派师情报科长苏静前往平型关联络，要求晋绥军按原定计划向日军发起攻击。如果这时据守平型关口的晋军第33军向关沟出击，那就切断了日军第21联队第3大队的后路，可以和八路军前后夹击，很有可能消灭这股日军。但晋绥军方面的回答是“没有接到上峰的命令”。 林彪听到苏静的报告后一句话都没说。但在战后，林彪在《平型关战斗的总结》中相当不满地写到：“友军在战斗中的配合实在太差。他们自己制定的出击计划，他们自己却未能遵守。你打，他旁观。”

晋绥军方面毫无策应，只有靠自己了，林彪在686团控制住老爷庙高地，我军再次将日军赶回公路加以聚歼的形势下，逐渐把685团、687团的部队调往关沟、辛庄方向，向东跑池方向发展进攻。面对八路军逐渐增大兵力向关沟突击，并以一部攻击辛庄，形成了迂回包抄后路之势的情况下，增援的日军21联队第3大队只好撤回，不然别说救人，就连自己也给送掉了。

入夜，林彪下令部队打扫战场撤出阵地。

八路军115师指挥所

有争议的战果

关于这场伏击战的歼敌数字，一直有好几种说法，比较常见的有一万、三千和一千这三种，现在普通认为比较靠谱的是歼敌一千，但是围绕这个歼敌数字始终都有争议。

需要说明的是，此战还击毙了两名日军中佐级的军官，特别是第5师团情报参谋桥本顺正中佐，虽然只是参谋，但是在日本军队中，参谋可绝不是可有可无的龙套角色，更多是作为一种荣誉资格，多是日本陆军士官学校和陆军大学的“军刀组”。所谓“军刀组”就是毕业考试得到前三名由天皇赐予军刀的优秀毕业生。军衔在大尉到大佐之间，年纪在四十左右，他们不仅可以为指挥官出谋划策，更可以直接指挥部队。像东条英机、挑起九一八事变的石原莞尔、挑起七七事变的牟田口廉也等都是参谋出身，属于最铁杆的军国主义分子。如果说当年是军部挟持了政府，那么挟持军部的就是参谋。所以战后日本的俚语中就把邪恶、不可理喻又昏招迭出的人叫作“大本营参谋”，所以干掉这样一个前途无量的中佐参谋不啻于干掉一个将军。

同时八路军也缴获了大量物资，因为从灵丘前往平型关的日军辎重队就是运送补给物资，除了大量粮食弹药外，还有上万件军大衣，115师官兵每人都得到了一件，八路军缺衣少穿的境况大大地改善。当然，后来林彪穿着这次战斗中缴获的日本军大衣，骑着缴获的日本东洋马，被阎锡山部队的哨兵误以为是日军而被开枪打伤，也都是拜这次缴获所赐。

八路军的伤亡也是在一千人左右，伤亡率几乎是一比一。要知道这是在八路军占有兵力、地形、突然性等多种优势条件的情况下，当时参战部队还都是刚刚从红军改编过来的，官兵基本上都是经过长征的百战老兵，日军却主要是辎重兵、汽车兵之类的后勤部队，居然还能打成这样的伤亡比，可见当时日军战斗力的强悍。这样的伤亡交换比，也使八路军清醒地看到了自己与日军的差距，从而确立了今后将以真正独立自主的山地游击战而不是运动战为主的战术思想。

平型关大捷更重要的不是打死了多少日军，缴获了多少物资，重要的是这场战斗的意义和影响。

首先在战术上，由于受到这次伏击的影响，平型关正面战场的日军21旅团缺乏补给和援军，进攻被迫完全停顿了。日军本来是计划从灵丘派1个联队增援21旅团，正是因为乔沟的公路被切断，只好把已经迂回到大营的21联队的2个大队改变方向，回过头来增援平型关，使迂回包抄夹击晋绥军的计划泡了汤。而在平型关下的21旅团即使得到了21联队的增援，也因为补给匮乏，根本无力能够组织进攻。最后平型关的陷落也是因为关东军支队从更西面的茹越口突破所致，而不是第5师团取得的战果。

其次在战略上，极大鼓舞了全国军民的抗战精神，打破了日军“不可战胜”的神话，振奋了中华民族的士气，增强了全国人民团结抗战的信心，提高了共产党八路军的声威，对华北战局和全国抗战形势都产生了深远影响，就连蒋介石也先后两次致电祝贺嘉勉。就以平型关正面的国民党军来说，在八路军平型关伏击战之前，基本就是固守阵地，但这一战之后就开始比较积极地进行主动出击，士气得到很大提升。

正因为如此，“首战平型关，威名天下扬”，写进了《八路军军歌》，成为八路军抗战史上最为光辉的一页。