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”。

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