当他拔出刺刀正要继续往前冲时，不料身负重伤，倒在血泊中，壮烈牺牲。
入夜，八路军数次冲入敌人阵地，与敌展开白刃血战。日军死伤惨重，被迫退入孙祖镇固守待援，八路军又将孙祖团团围住。
17日夜，八路军发起攻击，残敌支持不住，便大肆放火，烧民房20余间，将沿途抢劫的粮食、财物全部销毁，遂拼命向北逃窜。
敌人逃出不远，便遭到我纵队警卫团和地方武装的伏击，大部被歼。八路军趁铜井敌伪据点空虚，又一举收复铜井。
战斗中，孙祖附近的抗日民众自动组织起担架队、运输队、情报队，送茶送饭，送情报，运伤员。
战斗打响后，西高庄的拥军模范胡大娘仍坐在门口纹丝不乱地烧着茶水。有人劝她赶快避开，她却坚定地说：“我走了还行吗，前线的同志没有水喝，怎么能打胜仗呢！”
她坚持把水烧开，冒着枪林弹雨，提着水壶给战士们送水。
此战，击毙日军指挥官小林及炮兵中尉队长以下120余人，击伤70余人，俘伪军11人；缴获小车60余辆，军马5匹，大盖枪20余支，及其他军用物品一宗。八路军有110名指战员牺牲、负伤。
战后，中共山东分局和八路军第一纵队在孙祖召开祝捷大会，山东分局书记朱瑞、第一纵队司令员徐向前、山东纵队政委黎玉及群众团体代表在会上讲了话。
各界人士及广大群众踊跃慰问参战部队，《大众日报》发表了庆祝孙祖战斗胜利的社论。
1940年6月，徐向前奉命回延安，八路军山东纵队的名义随即恢复使用。此后山东纵队指挥其所属各部队对日作战。
1941年1月，八路军第一纵队番号被撤销。