当八路军夺下正太铁路上的重要据点娘子关同一时间，不远处的井陉煤矿也是山雨欲来。

井陉煤矿，位于正太铁路线上，娘子关以西，滹沱河以南，与开滦煤矿和中心煤矿并称为日占华北的三大煤矿，煤矿产量6000吨，年产量达200万吨，是日本极为重要的军事资源基地。大量从井陉产出的煤被源源不断的送往各地的军工厂，甚至日本本土。而且随着1939年日军南进的信号日益明显，美国开始切断对日的石油贸易后，大量井陉煤矿的煤被送往石家庄的炼油厂，利用德国人支援的技术提炼燃油以维持侵略战争，因此，井陉煤矿必然是八路军袭击的重点目标。

煤矿分为三个矿区，东王舍是一座新矿，里面都是从德国进口的新型机器，横山是老矿区，也是日本煤矿司令部所在地，这两个矿区日均都挖了壕沟，架设了铁丝网，甚至还装上了电网，矿区里面还有19个碉堡，有日军独立混成第8旅团的一个中队以及200个伪矿警。矿区附近的贾庄山上，还有3个炮楼，俯视着全矿区，随时可以支援煤矿。矿区内有两万多名劳工，他们没日没夜的干活，还要遭日本鬼子的毒打，有一次矿井中出现失火，日军为了防止机器被烧坏，竟然灭绝人性的直接封了井口，导致1000多名工人被活活闷死。工人们忍无可忍，发生过多次暴动，并组建了工人游击队，中共的地下组织也在其中得到发展，在攻击井陉煤矿前，工人们就已经和八路军有了联系，随时策应攻击。

攻打井陉煤矿的任务交给了杨成武，主攻部队是晋察冀军区的王牌部队第3团，这是参加黄土岭击毙阿部规秀的主力，另外还有其他三支部队分别担任切断进行附近交通线以及阻敌增援的任务。主攻的3团中，1营打新矿，2营打老矿，3营打贾庄炮楼。到8月20日夜幕降临，各部队已经全部进入指定攻击位置。

晚上十点整，总攻正式开始，早已经准备就绪的工人游击队立即爬上电线杆，咔嚓一刀的砍断了电线，整个矿区一片黑暗。八路军也迅速向矿区发起冲锋，用铡刀很快砍掉了外围的铁丝网，并放到跳板通过了壕沟。面对电网，八路军带上了用篮球皮制作的手套，再用大刀猛砍将电网破坏。在延安，八路军经常组织各种体育活动，篮球便是其中之一，贺老总就非常喜欢打篮球，因此八路军有篮球也不奇怪。

很快，八路军就冲破了矿区外围的防线，矿区内的日军此时刚刚准备休息，面对着突然袭击十分慌乱，八路军1营2连很快就拿下了2个碉堡，4连也夺下了3个碉堡。但日军缩进了中间的大碉堡顽抗，这个碉堡高十多米，墙壁极厚，上下修有多排射击孔，里面还有活动铁板作为装甲掩护，很难直接从射击孔命中里面的敌人。战士们只能冲上去爆破，但碉堡外围是一片开阔地，很适合日军的火力发挥，4连伤亡惨重。到第二天清晨，3连赶来增援，连长沈万玉亲自带着爆破队冲上去，在付出重大牺牲后，终于接近碉堡并成功爆破。随后，战士们发起冲锋，与日军展开肉搏战，将日军最后一个点拿下，八路军占领了整个新矿。这时，矿区内的2000多矿工也是欢呼着向八路军涌来，并帮助八路军打扫战场，能够搬走的弹药物资全部运走，剩下的14台大型机器，10个锅炉，3个鼓风机，还有电机房等设备全部被砸烂或者烧毁，不少矿工当场加入八路军。

与此同时，2营也攻占了贾庄炮楼，3营还在攻击老矿，这里有大量碉堡和13个炮台，3营先从矿区东南角撕开了一个口子，炸毁了3个碉堡，但由于日军的堡垒防线过于强大，并且火力凶猛，还再次灭绝人性的释放毒气，3营伤亡惨重，却依然无法完全攻占老矿。一直到24号，完成破袭任务的八路军正式撤退，这次破袭给日军至少造成了一个亿以上的损失，井陉煤矿至少要半年后才能恢复生产。同时，在矿区外围的八路军也攻占了日军的多个据点，并破坏了大量的铁路和电线杆，给予日军沉重的打击，破坏中搜集到的铁轨和电线，也成为了八路军后方军工生产的重要原材料，破袭井陉煤矿也列入了百团大战的第一要报。

在这场战斗中，八路军救下日本小姑娘的故事则是一段佳话。

日军见新矿被八路军占领，干脆破罐子破摔，对新矿进行了无差别的多轮轰炸，矿区车站副站长加藤清利及妻子在轰炸中死亡，留下的两个小女孩被八路军战士救出，其中一个四五岁左右，另一个还在襁褓之中。两个孩子被战士们送到聂荣臻的指挥所，聂荣臻非常悉心的照顾着她们，亲自给大女孩洗梨子吃，并亲自给她喂饭，同时去村里找哺乳期的妇女，给小女孩喂奶，他们之间很快就建立了感情。

一段时间过后，八路军将两个女孩交回给日军，以便她们回到自己的故乡。同时聂荣臻还亲自写了一封信，信中痛斥了日军的侵略，以及八路军对两名日本女孩的收养，希望日军能够幡然醒悟。八路军的这个以德报怨的举动在日军中引起了极大的震动，也确实有部分士兵开始怀疑侵华战争的正义性，对瓦解日军的军心和士气也起到了重要作用。

40多年后，当年被救下的女孩美惠子带着丈夫和孩子飞抵北京，与聂荣臻元帅在此见面，当年的那个小女孩，如今已过了不惑之年，她连连向聂帅表达感谢之情，并送给聂帅一件精美的工艺品作为礼物，而聂帅也送给了美惠子一幅《岁寒三友》的中国画。恰好此时中日关系正在改善，这个战火救孤的佳话也得到广泛报道而为人所知，让更多的人知道了这是一支正义的、为人民、为无产阶级而战的军队。