根據劉伯承要求不得錯過戰機的指示，陳錫聯當即決定夜襲陽明堡機場。10月19日夜，七六九團展開行動，其中第三營襲擊機場，第一營襲擾崞縣，牽制駐於該縣的敵人，第二營作為預備隊。
劉伯承，網絡圖
這是一二九師在抗戰中的第一仗。事後，劉伯承在講評時，用幾句話概括了七六九團在此戰中體現出來的優點：偵察清楚，部署周到，動作突然乾脆。
說"部署周到"，除了三個營分工明確外，挑選第三營襲擊機場也被認為恰到好處：該營能攻善守，且以夜戰見長，土地革命時期，該營曾獲得過"以一勝百"的獎旗，足見官兵之驍勇。
陳錫聯，網絡圖
陳錫聯和七六九團也有失誤，他們的失誤實際上是八路軍各部在抗戰初期都會出現的問題，那就是缺乏與日軍交鋒的經驗，對所要遇到的困難估計不足。
過去主力紅軍基本上一場突襲戰下來，就能完全解決戰鬥，這使得七六九團在夜戰動作的準備上沒有做充分，發生了一些可以事先預防的疏忽。比如有些步槍上沒有配裝刺刀，可是事先又沒有帶紅纓槍。當發生白刃戰時，很多人只能單純地使用槍托砸，甚至還有人用腳踢。另外，預定的夜間聯絡記號未嚴格運用，導致夜間肉搏時很難分清敵我。
八路軍夜襲陽明堡畫作
當然，如果不是親身經歷，大家也絕難想象對方的戰鬥力會有這麼強——作戰時，日軍的武士道精神畢現，看上去一個個都像惡狼一樣暴戾兇狠。
劉伯承由此認為，陳錫聯在兵力分配上還沒有做到最好，具體表現為次要方向分配的兵力過多，只有一個營用於突擊，其餘部隊都沒能夠用上。否則的話，依靠人數和火力優勢，也可最大程度抵消夜戰動作準備上的不足。
機場的守軍部隊雖然不多，但附近陽明堡鎮上駐有很多日軍，後者立即對機場予以增援。為防止遭到日軍的圍攻，三營在完成破壞飛機的任務後即迅速撤出了機場。
陽明堡舊址
三營一共破壞了24架日機，他們也為此付出了不小代價。營長趙崇德當場殉國，成為自平型關以來八路軍在抗戰中戰死的最高級別指揮員。趙崇德是一員頗有指揮才能的年輕虎將，素有"打仗如虎，愛兵如母"之稱。劉伯承得報後，對他的犧牲感到十分惋惜，此後多年，還經常同李達談起趙崇德。
除趙崇德外，三營還戰死了包括營指導員和兩名排長在內的十餘名官兵，三十多人受傷，並且所有戰死者的遺體都未能搶運回來。
戰鬥結束後，一二九師副師長徐向前由五臺山來到七六九團。在團長陳錫聯、副團長汪乃貴的陪同下，他爬到陽明堡機場附近的一座山上，用望遠鏡對戰鬥現場進行了觀察。
由於三營傷亡較重，陳錫聯、汪乃貴的第一反應是這仗沒打好。汪乃貴頗為忐忑不安地對徐向前說："我們這次戰鬥，只炸了二十來架飛機，沒有抓到俘虜，自己卻犧牲了一個營長和十幾個戰士，我要向你做檢討。"
徐向前馬上表示："檢討？我還要給你們請功呢！你們炸燬那麼多飛機，成績是了不起的。"
有了徐向前的肯定，陳錫聯、汪乃貴的心裡才踏實了一些，兩人用聯名方式，將夜襲經過同時電告一二九師師部及八路軍總部。
在此之前，一一五師的平型關伏擊戰先聲奪人，一二○師也在雁門關有所斬獲。這無形中加大了一二九師的壓力，不少人都擔心第一仗能不能取勝，因此在收到捷報後，劉伯承連聲稱讚："首戰告捷，打得好，打得好。"
八路軍總司令朱德同樣非常高興。見周圍老百姓還搞不清楚炸飛機的概念，他當場算了一筆賬，告訴眾人，一架飛機值多少錢，這些錢能買多少小米，這些小米又能讓多少人吃一年。等他把賬算完，老百姓見八路軍竟然賺了這麼多"小米"，都一齊歡呼起來。
八路軍夜襲陽明堡畫作
其實陽明堡的那些日機還不能說是被全部炸燬，因為就飛機損傷的程度而言，很多應該是能修好的。在日方機密檔案中，也只記載一架轟炸機被完全損毀。
不過修理需要時間，就此而言，確實可以說有效地削弱了日軍在忻口上空的立體火力，一二九師所付出的代價是值得的。
八路軍官兵夜襲陽明堡機場，電影《太行山上》劇照
八路軍總部隨即又將戰果報至第二戰區及南京方面。最初，那邊的反應有些將信將疑。直到10月20日，也就是夜襲陽明堡的第二天一早，忻口陣地上空突然一片靜寂，一架日機也沒露面。前線的友軍官兵覺得很納悶，以為鬼子在耍什麼新花招，後來才知道是機場上的日機被打殘了。
其後一連幾天，忻口、太原都沒有遭到日機轟炸。當中方飛機到陽明堡進行偵察時，清楚地看到機場上有一堆等待清理的飛機殘骸，證實夜襲陽明堡確有其事。
八路軍夜襲陽明堡畫作
第二戰區副司令長官衛立煌由此對八路軍大加稱讚，蔣介石也以軍委會名義獎勵大洋兩萬元，這是抗戰前期，八路軍唯一一次受到蔣介石現金獎勵的戰鬥。
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