三五九旅七一七团运动到西坝堰后，立即分兵两路，第一路直插三井西堡外围的三井完小广场，第二路绕西堡墙南移至西堡门口200米，开始向敌人发动正面进攻。

当第一路攻进街心时，担负增援我军的赵承绶骑一军步三团盲目射击，迟滞了我军行动，使第一次正面攻击受挫。天明后，七一七团政委刘礼年和团长刘转连，再次组织进攻。尖刀班以集束手榴弹炸毁了敌人设在西堡口的机枪阵地，我军立即拿下西堡口，向纵深发展。从西堡口至东堡口的东大街上，是敌人的辎重队，仅用来运输骆驼就占了半条街。在我军的强攻猛射下，这些骆驼连同他们的主人一个个倒下了。我军乘势利用骆驼的尸体作掩体，向敌人步步推进，沿街逐巷和敌人短兵相接，打起了巷战。枪声、炮声、手榴弹的爆炸声和喊杀声此落彼起，声震四野。

激战半夜，三井大部为我军占领，敌人被压入北面残堡之中。但还仗着大炮的优势与我军形成了对峙。

这一仗的关键在于能不能拿下敌人的炮兵阵地。七一七团把这一艰巨的任务交给了一连二排，排长杨时雨带领全排战士不顾敌人的炮火，踏着敌人横七竖八的尸体，勇猛地冲上了位于敌人炮兵阵地的北堡高墙，把一束束手榴弹投向敌人的炮兵阵地，以迅雷不及掩耳之势，将还在发射中的敌炮兵歼灭，缴获山炮一门，俘敌十余人。

敌人在丢掉炮兵阵地后，完全处于被动挨打的境地，只好寄希望于五寨之敌增援。

盘踞在五寨的敌人，已发现三五八旅给他们部下了天罗地网，不敢轻举妄动，只好死守在五寨城。

待到11日晨，三井镇残敌待援无望，只好乘我军重新发起进攻之间隙，向五寨逃窜。

逃至麻子涧沟时，又遭我军三五八旅伏击，伤亡惨重。由于阎军赵承绶部骑一军过早撤出阵地，使敌人逃窜到五寨城。

三井一战，我军击敌300余人，俘敌28人，缴获步枪数十支，其它军用物资一部，缴获一门山炮，这是一二零师在抗战中缴获的第一门炮，后被贺龙师长命名为“功臣炮”(现陈列在中国革命博物馆)。

三井战斗后，部分参战部队和县城群众在岢岚县城开了祝捷大会。