此後幾天，687團隱蔽在蔡峪、小寨、含水及渾源縣王莊堡一帶山區，不斷阻擊從靈丘西進或從渾源南進的日軍，致使平型關、團城口的日軍陷入困境。
10月1日、2日，第二戰區十萬大軍從內長城防線撤守，日軍佔領平型關，並繼續向西進犯。
日軍在小寨、平型關、大營都駐守了部隊，負責守護靈丘到繁峙的交通運輸線，支持前方進攻。
344旅偵察瞭解到這一情況後，連續出擊，使敵人遭受重創，日夜不得安寧。
10月13日，687團1營和特務營襲擊並消滅了小寨村的敵人，破壞了小寨至老爺廟間的公路。14日，又與援敵激戰，敵大部向北逃跑，小部騎兵向繁峙方向繞去。
10月15日，敵急於支持前線，130輛汽車的運輸隊在一個大隊、6門大炮的掩護下，氣勢洶洶地開來，徐旅長指揮687團第1、第3營，佔領小寨村南高地阻擊敵人，激戰一天，敵人狼狽逃回靈丘城。
同日，687團2營奉命襲擊團城口，但敵人已撤走，他們又轉向南側的平型關，襲擊並佔領了平型關。
7連1排是營裏的尖兵，在接近平型關時，1排排長髮現公路上有一隊日軍大約400餘人，正向關口行進。
他立即命令1、3班搶佔兩側山地，他自己則帶領第2班阻擊牽制敵人，等候營主力的到來。
日軍越走越近，當進入射程以內時，居於公路拐彎處高地上的1班首先開火，給了敵人一個措手不及，緊接着3班也向敵猛烈射擊。
敵急忙變成戰鬥隊形，猛烈反擊，一夥鬼子已衝到了陣地前，李排長大喊一聲：
“甩手榴彈”
十幾顆手榴彈砸向敵羣，敵軍丟下一片死屍退了下去。
日軍發現我軍人數不多，又兵分三路組織第二次進攻。李排長不知營主力何時趕到，就命令各班靠近了再打。當敵人撲到約30米時，步槍、機槍、手榴彈一齊開火，敵人又被打了下去。但這次戰鬥代價也很大。
李排長腹部受傷，1班長、3班長和十幾名戰士壯烈犧牲。
李排長見情況危急，忍着痛把2班長和幾位共產黨員叫過來說：
“同志們，我們一定要堅持到營主力到來，堅持一會兒就是勝利，爲了我們的民族，流血犧牲也是光榮的。我如果光榮了，2班長代理排長，1班、3班的班長職位由黨員接替，快回自己的位置，準備戰鬥”
這時營主力趕上來了，但被敵截住，不得前進。敵人又攻了上來，李排長奪過機槍手的機槍，猛地站起來向敵掃射，他中了一彈，倒下去就再也沒有起來。
由於敵我力量懸殊，最後1排只剩下5個人了。接替指揮的2班班長命令剩下的戰士們快撤，自己則緊握手榴彈向敵人衝去。
這時，第3營從平型關口東側衝了上來，佔領了高地。與第2營一起向敵人反擊。經過一場激烈的搏鬥，消滅敵人近200名。進攻的日軍連同守在關口的一個小隊全部倉惶撤走。燃文 .ranwen521.
小寨戰鬥結束後，團主力又連夜向大營追擊，包圍敵據點，並佔領了沙河鎮和代堡。
687團經過連續作戰，於10月16日收復平型關，取得了二次平型關戰鬥的勝利。
毛委員於同年10月接見英國記者貝特蘭時說：
“我軍二次奪回平型關”，
就是指的這次戰鬥。毛委員以此爲例，闡述：
“日軍在華北今後將遇到最堅強的抵抗。日軍要在山西橫行，必將遇到它前所未有的困難。”
第二天，687團從這座古老的雄關出關，向靈丘追擊敵人。
出關前，團宣傳隊五個人在屈振東隊長帶領下，沿着破損的登樓臺階，登上古老雄偉的平型關城樓。真是雄關險要，確有一夫當關，萬夫莫開之威。向北遠眺，一條古道在羣山中向北延伸，二十天前八路軍115師痛殲日軍的十里喬溝盡收眼底。
687團從平型關古老而又高大的關口城門，沿着石板路古道，緩緩走進十里喬溝向北而行。
20天前在這裏進行的一場惡戰痕跡歷歷在目。似乎激烈的槍炮聲和廝殺聲在耳邊迴響，濃濃的火藥味還在刺人鼻腔。
千餘日軍屍體，已被日軍掩埋，堆起一座座大大小小墳墓，烘托出侵略者可悲下場。
數百匹被擊斃的日本大洋馬，橫七豎八地躺在道路兩旁，被野狗和老鷹掠食。發出臭味。
日軍爲了保障道路暢通，把被我軍擊毀的汽車東倒西斜拋棄在公路兩邊，把上百輛馬車，這裏十輛，那裏八輛，或堆積在路邊，或推下山溝，有的被燒得殘缺不全。
好多處前幾天被我軍破壞的公路地段，日軍倉皇撤退時也來不及修復。被日軍火燒的老爺廟，孤零零地佇立在公路西側的高地上。關老爺的神像依然端坐在那裏，他似乎想向人們證明這裏曾發生過的一切。
再向北走，出了老爺廟北溝口，這裏正是二十天前，張慶林跟着687團9連殲滅敵人後尾分隊的地方，也是張慶林向日本鬼子開第一槍的地方。
這裏有一個大土堆，是集體埋葬日本鬼子的墳墓。河灘的石頭，依然血跡斑斑，侵略軍的破衣爛裳到處散落在地上。再往前走，就是小寨村。
這個小山村大部分已被日本鬼子燒燬。沒有燒掉的也已經門倒窗破，鍋碗瓢盆，罈罈罐罐，全被日本人砸爛了。
這裏除了野狗和老鼠之外，已無別的動物。雞牛羊豬也被日本人搶光殺光。
老百姓除了遭受日本鬼子殺害的之外，都已遠逃他鄉。當日軍重新佔領平型關時，這裏的老百姓可就遭難了。僅小寨村就被燒掉二百多間房子，殺死四十多口人。而且都是男人。當時全村的總人口不過四百人而已。