25日凌晨5点30分后，日军21旅团辎重部队已进入我军布置的伏击防御圈，等敌最后一辆车完全进入后，我军立刻对这1000多人展开歼灭战，经过1天多的战斗，我军歼敌1000多人，缴获山炮1门，击毁汽车100辆，缴获枪支1000多支，轻重机枪20多挺，炮弹2000余发，同时还缴获其他大批军用物资，此战我军大获全胜，难怪聂荣臻元帅会说事事请示，必耽误战机。
但由于日军装备精良，誓死不降，我军也付出了伤亡900多人的代价，因此，这场战役看似打得是伏击歼灭战，但战斗过程是非常残酷的，也暴露出了我军在作战中的一些问题。
国共合作的整个平型关战役从1937年9月3日到10月2日，历时1个月，战场空间影响范围达上百公里，虽然最后太原失守，但该战役打破了日军迅速侵占华北的美梦，其中我军主导的平型关大捷更是打破日军不可战胜的神话，鼓舞了全国军民战胜日军的信心。
平型关大捷是我军在战前对平型关进行认真勘察的基础上，利用山地不利于日军机械化部队大规模作战的特点，集中我军优势兵力消灭敌人有生力量的一次歼灭战。
在这次作战中，我军在后勤补给等方面得到了当地老百姓的支持，因此这次战斗是游击战与运动战的有效结合，是军民互助下取得的一场难得的胜利。
因此，这次战斗并不是纯粹意义上的山地游击战，而是因地制宜，抓住有利战机，在战术上以消灭敌人有生力量为目标，在战略上牵制日军对太原的进攻，而且*亲自批准了这次作战，用现代术语说，这是一场不对称条件下的作战，以我之长，攻敌之短，发挥了我军的优势，符合洛川会议的精神。
从当时整个平型关战场态势来看，我军所进行的是配合国军正面战场的敌后战争，虽然我军完成了当时第二战区长官阎锡山所分配的作战任务，但由于国军在正面战场上屡屡出现失误，导致没能歼灭更多日军，反而最后连太原也陷落。
按照阎锡山原有的作战计划，如果国军能够坚守阵地，这次战斗国共应该能歼灭敌军4000多人，但是国军在作战作风方面实在难以让人满意，导致一再失去战机，并造成大批人员伤亡。
林彪在战后的《平型关战斗的经验》中对国军作了几点总结。
首先就是国军没有有效的配合我军的作战，在八路军正在包围歼灭乔沟的敌人时，国民党军队却纹丝不动，没有减轻友军的负担。
第二，国军面对日军在心理上胆怯，做不到勇往直前。
这次号称“钢军”的日本第五师团虽说是日军中数一数二的精锐劲旅，但其被八路军在乔沟打了个措手不及，死伤惨重，说明其并不是不可战胜。在其不断溃败时，部分日军竟然从国军阵地上逃脱，而国军因为害怕日军，迅速放弃阵地，不战而退。
第三，国军内部的配合不力，做不到自成一体。
参加平型关作战的日军有8个团，但是却分成3部分，还各自为战，而日军战斗力强悍，国军在明知敌人兵强马壮还不能集中兵力应对。
