痛歼日军
天亮后，日军布阵情况清晰可见。钱钧发现莲花山北麓一座石碑旁，有一挺日军的重机枪，东门外北边高大的坟堆后面和张家店南面的乱石堆里，各有一挺日军的轻机枪。
为了迷惑敌人，一个战士用步枪挑着军帽贴着围墙往上一举，立即引来敌人的一阵子弹，军帽时隐时现，位置不断变换，让敌人不停地向军帽射击。有几个战士看这个办法奏效，也仿效着吸引敌人火力，其他战士则借机瞄准射击敌人。一个手持指挥刀的日军，伸出头向镇上张望，被战士们一枪击毙。
不久，日军开始向莲花山收缩。这时，八路军机炮连奉命赶到，并且从司令部带来了青州、临朐之敌暂无兵力向五井增援的准确情报。鉴于围歼敌人的战机已经成熟，钱钧命令部队：立即出击，夺回莲花山。进攻开始了，八路军战士勇如猛虎，向山上冲锋。山上守敌凭借着有利地形和几件重武器，负隅顽抗。
这时，我们的迫击炮怒吼了，炮弹不停地落在敌人据守的山头上。在炮火支援下，八路军指战员利用地形地物，迅速冲上山头，和日军展开肉搏战。日军渐渐不支，夺路下山逃窜。战士们紧紧追赶，把敌人团团包围在莲花山东北山脚下的一片坟地里。
日军见突围不成，只得凭借坟包、树林进行垂死挣扎。这时，三连已从平安峪赶来，从南面山上压了下来。日军处于四面包围之中，开始拼死突围。八路军重新组织了部队，三个连队向残敌发起了全面进攻。八路军所有武器一齐向敌人开火。三连战士们选择较为有利的攻击方向和地形，经过两次冲杀，攻占了外围坟包，迫使守敌退入坟地中心。八路军发起最后冲锋，终于消灭了所有残敌。
日军“致谢”
至此，五井战斗胜利结束。伪军留下100多具尸体，日军40余人除一个日本兵因掉在枯井里而后做了俘虏外，全被击毙。八路军总计缴获重机枪一挺、轻机枪四挺、“八二”迫击炮一门、掷弹筒两门，还有大盖步枪30余枝和一批手榴弹。
五井战斗胜利的消息，很快传遍了沂蒙山区。八路军为了进一步从心理上瓦解敌人，将日军尸体进行清洗，裹上白布，尸体上放着各种宣传品。接着，给驻临朐城的日军送去一信，内称：
临朐城日本驻军部队长阁下：
贵军于25日在五井与八路军激战终日，贵军官兵全部阵亡，尸体俱全，现放在莲花山庙前，希接知后酌情处理。如需帮助，愿尽力为之。查日军侵华以来遭遇中国人民之坚决抵抗，八路军配合人民，持久抗战，誓死打败日军，收复失地，不达目的，决不罢休！敬候明察。
第八路军驻五井部队首长
中华民国二十八年十月二十九日
数日后，日军数百人前来收尸，从望远镜里看到，敌人垂头丧气地走上莲花山，见到尸体，脱帽致哀，接着抬起尸体，匆匆离去，走时留下一封信：
八路军驻五井部队长阁下：
贵军人道主义，本军钦佩，留下尸体完整无损，特此谢意。
大日本皇军驻临朐部队长
昭和十四年十一月二日
五井歼灭战的规模虽然不是很大，歼敌也不是很多，但在八年抗战的初期阶段，它对提升我军民士气、打击敌军嚣张气焰所起的作用却是巨大的。1939年11月3日，中共山东分局机关报《大众日报》为此发表题为《庆祝临朐大胜利》的社论，称赞五井之战“是一个伟大的胜利”，并且是“山东抗战两年来最模范的胜利战斗”。
