10月30日凌晨4时，八路军发起了总攻，彭德怀亲自来到前线督战。
彭德怀向决死第一纵队38团，进行了战斗动员，战士们士气高涨，卯足了劲儿地往柳树垴冲，经过两个小时激战，战士们在天亮前攻占了柳树垴。
要地失守，但关家垴的日军完全没有撤退的想法。他们明白，这里是八路军的根据地，一旦离开防御工事，他们就会被数倍于己的八路军分割包围，眼下最好的办法就是坚守待援，“中心开花”。
日军装备精良，防御工事坚固，八路军缺乏足够的重火力，还要顶着敌军的枪炮仰攻，每前进一步都要付出巨大的代价。上午9时，战场上空飞来了几架日军飞机，他们向挤在进攻道路上的八路军疯狂投掷炸弹，给八路军队伍造成了不小的伤亡，八路军不得不暂停进攻，等待日军飞机弹尽后离去。
祸不单行，驻守柳树垴的38团竟遭到了日军的猛烈反击，阵地又被敌人夺了去。
被围日军主动出击，这是八路军始料未及的，这一战场态势的变化直接影响了部队对关家垴的进攻。彭德怀只得令陈赓组织兵力反攻，八路军一面进攻关家垴，一面不得不抽调3个营的兵力反攻柳树垴。
陈赓率部连续进攻四次，以自身伤亡较大的代价，给予了日军重大*伤，但始终不能夺回柳树垴，八路军与日军陷入了对峙。
在关家垴战场，772团的进攻很不顺利，东北部战场只有一条30厘米宽的小道，可以接近日军阵地。战斗打成了“添油战术”，战士们一次次发起冲锋，多次与日军短兵相接，但始终难以夺下阵地，战况十分激烈。
769团奉命从西北方向进攻，前面说过，这里是一个数十米高的陡崖，通往崖顶的路上有一道可藏人的壕坎，再往上便是日军的阵地。769团组织突击队进攻，战士们爬到壕坎处时被日军发现，随之而来的便是日军猛烈的机枪和炮火，突击队战士们被压制在壕坎中无法起身，769团后续部队，只能待在崖下面，束手无策。
各个方向都在进攻，但各个方向都难以突破，八路军部队付出巨大伤亡仍难以将日军阵地攻陷，很多连队一仗打下来，只剩不到10人。关家垴还掌握在日军手中，战斗陷入焦灼，前线人员伤亡数字不断扩大。
激烈争论进攻受挫，八路军总部心急如焚，总部首长们也展开了激烈的讨论。
陈赓从前线致电彭德怀，陈赓表示关家垴地形对我军十分不利，是否可以撤围，把日军放出来，另寻有利地形进攻。
彭德怀拒绝了陈赓的建议，彭德怀说道：一旦放走日军，就很难再打着了，必须在此地将其歼灭。
陈赓以伤亡过大来劝说彭德怀，彭德怀则回答：“就是把部队拼光了，也要拿下关家垴，拼光了我们可以以后再补充，不能打硬仗的部队以后是没有前途的！”
陈赓还想说些什么，但被彭德怀以“意见保留，坚决执行命令”堵了回来。
其实，彭德怀也有其他方面的考量。八路军武器装备不及日军，日军经常一个大队（营规模），甚至是一个中队（连规模），就敢肆无忌惮地“扫荡”根据地。八路军在根据地跟日军艰苦地打游击，以当时的态势，日军以大队为单位拉网“扫荡”，八路军很多时候不得不化整为零，以班、甚至以个人为单位分散行动，活动范围被严重压缩。
如果能给予日军痛击，歼灭冈崎大队，日军就会意识到八路军战斗力很强，以大队为单位“扫荡”是很不安全的，就会将扫荡单位的规模扩大到联队（团规模）或者旅团。华北日军就那么多，以联队规模出击，八路军需要应对的队伍数量就少了很多，运动战也会更加得心应手。
彭德怀需要的就是打上几场歼灭战，把日军打怕，不敢轻易入侵根据地。
为此，彭德怀是铁了心要拿下关家垴。他走出窑洞，来到了距关家垴前线1公里处，举起望远镜向战场望去，战士们都是好样的，他们服从命令、不怕牺牲，一个个英勇地往前冲，又一个个倒下。
彭德怀心中焦急万分，虽然打得有点像“添油战术”，但他觉得1万人应该稳稳拿下500人的，没想到这块硬骨头居然这么难啃！
此时，外围数千名日军正在朝关家垴地区赶来，如果不能速战速决，八路军主力就会面临被反包围的危险。
在前线指挥战斗的刘伯承也打来电话，建议暂时撤退，另寻战机。
彭德怀对刘伯承说道：“我们伤亡大，冈崎大队同样死伤惨重，我们不能给敌人喘息机会，应当一鼓作气将其歼灭！”
刘伯承十分心疼伤亡的士兵，他一再向彭德怀建议：“我的彭老总，我们赔不起啊，关家垴地形于我不利，我军伤亡太大了。就算放走冈崎大队，以后有的是机会收拾他嘛。”
但彭德怀犟脾气上来了，坚决不同意撤军。
刘伯承也很是生气：“你这是在蛮干，我不同意再打了。”
彭德怀也怒道，“不同意也得打，拿不下关家垴，我就撤了129师的番号，坚决执行命令！”
刘伯承无奈，只得继续指挥进攻。
