暂时沉寂之后，敌人的机枪又猛烈扫射。但好一会儿，不见敌人进攻。“敌人又在搞什么鬼名堂？难道要逃跑？”
钱钧分析着，判断着。果然，日军开始向莲花山收缩了。
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可靠情报。
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，战士们被压在山腰。
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、大庙里。
在炮火支援下，八路军指战员巧妙地利用地形地物，迅速接近山头。穷凶极恶的日军端着刺刀，嚎叫着向八路军反扑，战士们同敌人进行了肉搏战。
日军渐渐不支，只好夺路下山逃窜。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日军见突围不成，援兵又等不来，预感到末日来临，只得凭借坟包、树林，进行垂死挣扎。
这时，3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，已成瓮中之鳖。
敌人见势不妙，携带两个掷弹筒、一挺轻机枪，企图再次突围逃跑。
“小日本，你跑不了啦！”战士们叫骂着，一阵猛烈的火力把敌人压了回去。
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，强大的火力压住了敌人。
3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，在喊杀声中攻占坟地，终于消灭了所有残敌。
至此，五井战斗胜利结束。除伪军留下100多具尸体外，日军40余人仅有一个日本兵因掉进枯井里而后作了俘虏外，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，还有三八步枪30余支和一批手榴弹。
战后查明：日军中队长木莫、小队长岩井和石日，在这次战斗中丧命。
五井战斗胜利的消息，很快传遍了沂蒙山区。送慰劳品的乡亲们送来煎饼、染红了皮的鸡蛋，还送来了猪羊，感谢八路军为他们出了气。
八路军为进一步从政治上打击敌人，削弱其士气，将日军留下的全部尸体进行清洗，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，八路军得到情报后，转移到茹家庄、西山一线，严阵以待，准备和日军再战。
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，但在全面抗战的初期阶段却是十分难得的歼灭战。它打破了日军不可战胜的神话，给全国军民一个振奋。