明铺伏击战已进入尾声，日军把脱逃的希望完全寄托于突出飞狐峪谷口，这使谷口成为当天打得最激烈的局部战场。三宅部队的两个班向后增援，与盐见小队的残部合兵一处，向二连发起攻击。二连整整一个排的老兵，几乎全部牺牲在刚刚夺占的阵地上，全连除营长何家产外，仅剩八人，不得不退出谷口。

濒危之际，七一七团侦察队增援上来。侦察队不足百人，但全部都是战斗骨干，配备驳壳枪和机枪，战斗力很强。他们与二连合兵一处，围绕谷口与敌人展开殊死争夺。战斗异常艰苦，仅仅五六分钟，侦察队队长盛科、教导员刘芳芝双双身负重伤，侦察队伤亡过半。

日军渐渐不支，后卫指挥官盐见少尉见势不妙，急忙指挥车队末尾的四辆汽车逃往蔚县求援。四辆汽车刚刚离开，谷口便被侦察队和二连攻占并死死扼住，日军未及出逃的后卫部队非死即伤，田原大队被彻底封死在了谷底。

战场进入最后的收官阶段，三宅首先毙命，田原在退至一座小土丘下后，选择了剖腹自杀。日军最终能够逃出生天的人员，包括盐见残部在内，总数不过三十多人，其余两百余人被全部歼灭。八路军共击毁汽车三十五辆，缴获九二式步兵炮两门，迫击炮一门，轻重机枪十二挺，步枪一百八十余支以及棉衣等大量军用物资，后者所提供的补给，已足够七一七团度过整整一个冬季了。

七一七团损失也很大，两百余人牺牲，团领导一死一伤，营级干部有四人身负重伤。团参谋长左齐被运到后方后，由加拿大著名外科医生白求恩亲自做手术进行救治，他也是白求恩所救治八路军伤员中，军职最高的一位。手术是成功的，但左齐还是痛失了右臂，成了一位独臂将军。左齐和比他更早失去右臂的团政委晏福生，都是江西籍老红军，三五九旅旅长王震开玩笑地叫他们“我们的一把手”，还说三五九旅出英雄，独臂将军多，是三五九旅的光荣和骄傲。

明铺伏击战虽然只是团级战斗，但却因七一七团指战员在战斗中把军事艺术演绎得出神入化，进而使其成为八路军抗战史上的一个典型战例。战后，日军把此战记入军事教科书，称“该战中八路军成功地把伏击战术运用到了极致”。

事实上，明铺伏击战也是反围攻战役的最后一场精彩演出。在此之前，即1938年10月底至11月初，迫于不断遭到八路军的各种攻袭，后勤难以为继，各路日军就已陆续后撤，晋察冀秋季反围攻宣告大功告成。