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黃崖洞兵工廠是八路軍在華北前線最重要的軍火基地。當時，黃崖洞兵工廠年產的各種步槍、山炮、地雷、手榴彈等武器彈藥，可以裝備16個團
1940年11月7日，日軍2000余人進犯黃崖洞兵工廠。左權親自給特務團團長歐致富打電話，要他儲足半個月的水和給養準備迎敵。
7日下午，幾百名日軍逼近了左會埡口，大部隊的前面有一支約四五十人的先頭部隊。此時，黃崖洞兵工廠的工人們已埋好了機器、工具和材料，大部分工人轉移到了山頂上，只留下地雷班、突擊班和警衛班同特務團小分隊一起應付敵人。日軍逼近時，拉雷小組拉響了地雷。日軍先頭部隊掉頭便往回跑。工人們趁機放槍打炮，炮彈落在日軍的人堆里，幾挺機槍也讓敵人無法突破。日軍膽戰心驚，弄不清我方到底有多少兵力。日軍指揮官以為這里有八路軍主力，下令撤退。
此次戰斗，工人自衛隊和特務團小分隊無一傷亡。
1941年8月下旬，特務團完成了以黃崖洞為中心的防御工程，筑起一個以營為守備區、連為防區、排設陣地、班組筑工事有機聯系的環形防御陣地，能對付敵人從不同方向的進攻。共構筑各種塹壕9000多米，坑道11節，隱蔽部和碉堡190多個。在工廠周圍各口，構置了2道防線，3道雷區；各陣地的明碉暗堡群，形成交叉、直射、側射、仰射、俯射的火力網，既能相互支援，又能獨立作戰。
1941年11月11日，華北日軍第三十六師團和第四一九混成旅共5000余人，兵分數路，在飛機的支援下，企圖一舉消滅黃崖洞兵工廠和殲滅駐守的八路軍部隊。守衛黃崖洞的特務團只有1000人，日軍兵力等于八路軍5倍。左權特別叮囑歐致富：這次打仗，敵眾我寡，敵明我暗，必須以靜制動，“穩”字當先，千萬不能掉以輕心。
11月11日拂曉，日軍趁著夜色對黃崖洞地區發動偷襲。我軍誘敵深入，日軍進入我軍火炮陣地。12時許，敵人集中所有大炮向南口七連陣地進行報復性轟擊。有兩門山炮竟然斗膽推到距南口千余米的槐樹坪兩側突出部，對南口工事直接瞄準射擊，造成了對甕圪廊的嚴重威脅。為干掉敵人這兩門山炮，歐致富電話請示左權。因全團只有兩門炮，12發炮彈，平時動用一發炮彈都要經總部批準。左權回答得很干脆：“12發全打完，三四發打敵炮陣地，其余的打敵人集團目標。”炮排只用了兩發炮彈，就把敵人的山炮陣地報銷了。余下的10發炮彈，也都準確地落到發起進攻的敵群里，炸倒了一大片。
經過兩次激烈反擊，特務團第七連前沿陣地上的火力點已基本暴露。日軍步兵進攻失利后，就用強大的炮火進行報復。然而，由于左權親自組織構筑的防御工事結構非常巧妙，敵人的高射炮不好打，曲射炮也基本不起作用。日軍惱羞成怒，施放了毒氣。歐致富和三營營長涂玉山在前沿陣地觀察敵情時，中毒昏了過去。
經過衛生員的緊急搶救，中毒的歐致富醒了過來。此時，前沿部隊已打退了敵人的兩次進攻。涂玉山營長中毒較輕，獨自戴著防毒面具指揮作戰。他把情況簡要向歐致富作了匯報。左權得知歐致富醒過來后，馬上把電話打到第三營指揮所，關切地詢問歐致富的中毒情況，并詢問其能否繼續堅持指揮作戰。歐致富堅決不同意下火線
11月12日，敵人集中火力向南口我軍的各個工事和掩體進行密集的持續的轟擊，整個南口陷于一片炮火之中。這時風雨大作，山路十分泥濘，敵人就像烏龜一樣爬行到山谷里，正好成了七連戰士的活靶子。特務團三營七連司號員崔振芳，和戰友王世華兩個人據守陡崖上的投彈所。日軍把投彈所視為眼中釘，用機槍進行封鎖。王世華受傷后，崔振芳又和另一位戰友堅守。年僅17歲的崔振芳一氣投下120多枚馬尾彈，炸死敵兵數十名。在崔振芳回掩蔽部扛手榴彈的時候，被敵人炮彈轟開的飛石割斷喉管，光榮犧牲。日軍幾次強攻失敗后，惱羞成怒，向七連陣地發射毒氣彈。由于我軍早有準備，毒氣彈未能發揮作用。敵人以為我軍失去戰斗力，向陣地撲來，遭到七連指戰員的猛烈痛擊。就這樣，我軍打退敵人十多次進攻，殲滅日軍200多人。
 當敵人發動第三次沖擊的時候，鋪天蓋地的炮擊加上滅絕人性的毒氣彈，導致我軍很多戰士中毒，但他們還是頂住了這次攻勢，斷橋陣地依然穩如磐石。
直到增援部隊到達，日軍才退去。1941年11月19日晚，日軍退回潞城，黃崖洞保衛戰勝利結束。20日，轉移在回教山的700余名兵工廠職工，全部安全返回黃崖洞兵工廠。總部特務團以不足一個團的1500人的兵力，抗擊了5000多裝備精良的日軍的瘋狂進攻，鏖戰8個晝夜，取得了殲敵1000余人其中斃敵850人的戰果，而我只傷亡166人，以6：1的戰績，“開中日戰況上敵我傷亡對比空前未有之記錄”，又一次粉碎了華北日軍妄圖摧毀我軍工生產的陰謀
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