这时，日军进攻部队加起来已经有两个大队，相当于中国军队两个团了，从数量上超过了中国守军一倍。

刚赶到前线的张政枋师长显得异常谨慎，虽然狂妄的日军竟置险地而无忌，但他作为一师之长却不能不谨慎。他除了令621团凭借地形和阵地顽强抵抗外，又将配属的炮兵第11团1个山炮连调来支援该团，以增强火力，并令620团前进到大石门、大驸马沟一带进行战斗。

双方鏖战一夜，直打到第二天天蒙蒙亮，日军仍然是战绩寥寥。除左侧小有进展外，右侧则毫无起色，被压在山脚下动弹不得。

3月8日上午9时，川原侃急忙向承德方面请求救兵。第8师团下令17联队警备承德的部队在新井少佐带领下乘汽车驰援长山峪。该部包括第1大队的两个中队及一个机枪中队，另外还有1个野炮大队及1个骑兵小队，现在日军的规模差不多是4个大队了（含1个野炮大队）。

有了实力垫底，日军再次调整部署，以野炮大队在长山峪以西建立阵地，以骑兵小队作为预备队置于长山峪以北，旅团司令部设在长山峪南公路东侧小高地，第32联队部则在旅团部以东的高地。这次日军将进攻的重点置于东侧山地，至当日夜已经突进到公路东侧山地的制高点附近。

对于顽敌，中国军队迅速改变单纯死守的打法，采用灵活战术。驻守于曹（家）路口一带的619团派出1个营，于晚23时从战线右翼向日军32联队部所在高地发起了一次夜袭。

这种战术上的“组合拳”，虽然未能奏效，但着实让日军吓了一跳，再也不敢摸黑进攻了，只得暂时终止攻势，准备第二天拂晓大举进攻。

3月9日凌晨，川原部再次向621团正面发动猛烈进攻，并以一部包围老虎山阵地，与该团第8连激战。攻击持续近1个小时，依然不见起色。川原侃见形势不容乐观，又向师团司令部告急：攻击异常困难。这让第8师团师团长西义一暴跳如雷。

西义一决定投入最大限度的兵力，给守军以“彻底的打击”，他令32联队第3大队（相原大队）搭乘汽车赶往长山峪，野炮第8联队及工兵第8大队主力准备于次日凌晨向长山峪前进，协助川原挺进队作战；并命令第4旅团主力沿拉海沟、巴克什营迂回，与骑兵队共同担任切断守军退路的任务。师团参谋长小林角太郎立即赶赴前线参加指挥，西义一本人也准备于次日出发赶往长山峪亲自指挥作战。

从3月9日早7时开始，日军全部火炮被集中起来，对黄土梁阵地进行猛轰。与此同时，日机也在空中进行配合轰炸，3个半小时的钢铁立体打击，给中国守军造成极大伤亡。10时30分，日军步兵开始攻击，战斗到当天下午，日军在左右两翼都取得了很大进展。621团连续丢掉几个重要阵地，第8连据守的老虎山主阵地一度极为危急，配属621团的620团1营紧急增援才暂时稳定住局面。中国军队退守到西侧高地制高点附近，再次组织防御，死战不退。而东侧山地情况则完全恶化了，虽经奋战，东侧山地制高点仍被日军第32联队夺取，中国军队仅仅依靠在高地反斜面的一些阵地苦苦支撑，部分守军甚至被压到山脚下。

更糟糕的是，承德——古北口公路是沿东侧山地南侧绕行的，一旦日军完全突破东侧山地控制公路，就会给西侧山地部队的退却造成极大障碍。621团虽然于下午3时在西侧山地发起一起反击，但还是未能挽回局势。

当晚6时，67军军长王以哲到达前线，在两间房107师师部召开作战会议。107师经过三天激战，已经为北平军分会调动部队赢得了最宝贵的时间——东北军112师已经在古北口长城沿线展开，第110师已经抵达石匣镇，特别是**军25师也于8日18时抵达密云城，正向古北口挺进。所以，107师阻击任务已经完成，遂下令当晚撤退。

在3月7日至9日的3天战斗中，107师坚守不退，伤亡惨重，仅621团就达500余人，团长王志军负伤。不管怎么说，107师还是打出了中国军人的军威。这支部队经九一八重创，整补尚未完成，人、枪都是最少的，跟此后**军参战部队的差距就更大了。但若横向比较，日军自朝阳一路西进，以川原挺进队少数兵力就轻易突破了沿线各部的抵抗。而107师仅以1个团两千余人据守临时修筑的野战工事，几乎是以一对一的兵力对比顶住了进攻。更重要的是，107师的坚守，迫使日军一再调整部署，几乎牵制了承德日军的全部兵力，为后续部队争取到了宝贵的时间。除了川原第16旅团，就连第4旅团也被吸引过来，直到击破107师后该旅团才转向罗文峪方向。

日军追击部队32联队第3大队于3月10日晨6时赶到二里寨。再西行数里，就是古北口了。南面就是蟠龙山，山上蜿蜒的长城清晰可见，将军楼高耸其间，东北军112师和**军25师正严阵以待。一场新的恶战即将拉开帷幕。