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黄崖洞兵工厂是八路军在华北前线最重要的军火基地。当时，黄崖洞兵工厂年产的各种步枪、山炮、地雷、手榴弹等武器弹药，可以装备16个团
1940年11月7日，日军2000余人进犯黄崖洞兵工厂。左权亲自给特务团团长欧致富打电话，要他储足半个月的水和给养准备迎敌。
7日下午，几百名日军逼近了左会垭口，大部队的前面有一支约四五十人的先头部队。此时，黄崖洞兵工厂的工人们已埋好了机器、工具和材料，大部分工人转移到了山顶上，只留下地雷班、突击班和警卫班同特务团小分队一起应付敌人。日军逼近时，拉雷小组拉响了地雷。日军先头部队掉头便往回跑。工人们趁机放枪打炮，炮弹落在日军的人堆里，几挺机枪也让敌人无法突破。日军胆战心惊，弄不清我方到底有多少兵力。日军指挥官以为这里有八路军主力，下令撤退。
此次战斗，工人自卫队和特务团小分队无一伤亡。
1941年8月下旬，特务团完成了以黄崖洞为中心的防御工程，筑起一个以营为守备区、连为防区、排设阵地、班组筑工事有机联系的环形防御阵地，能对付敌人从不同方向的进攻。共构筑各种堑壕9000多米，坑道11节，隐蔽部和碉堡190多个。在工厂周围各口，构置了2道防线，3道雷区；各阵地的明碉暗堡群，形成交叉、直射、侧射、仰射、俯射的火力网，既能相互支援，又能独立作战。
1941年11月11日，华北日军第三十六师团和第四一九混成旅共5000余人，兵分数路，在飞机的支援下，企图一举消灭黄崖洞兵工厂和歼灭驻守的八路军部队。守卫黄崖洞的特务团只有1000人，日军兵力等于八路军5倍。左权特别叮嘱欧致富：这次打仗，敌众我寡，敌明我暗，必须以静制动，“稳”字当先，千万不能掉以轻心。
11月11日拂晓，日军趁着夜色对黄崖洞地区发动偷袭。我军诱敌深入，日军进入我军火炮阵地。12时许，敌人集中所有大炮向南口七连阵地进行报复性轰击。有两门山炮竟然斗胆推到距南口千余米的槐树坪两侧突出部，对南口工事直接瞄准射击，造成了对瓮圪廊的严重威胁。为干掉敌人这两门山炮，欧致富电话请示左权。因全团只有两门炮，12发炮弹，平时动用一发炮弹都要经总部批准。左权回答得很干脆：“12发全打完，三四发打敌炮阵地，其余的打敌人集团目标。”炮排只用了两发炮弹，就把敌人的山炮阵地报销了。余下的10发炮弹，也都准确地落到发起进攻的敌群里，炸倒了一大片。
经过两次激烈反击，特务团第七连前沿阵地上的火力点已基本暴露。日军步兵进攻失利后，就用强大的炮火进行报复。然而，由于左权亲自组织构筑的防御工事结构非常巧妙，敌人的高射炮不好打，曲射炮也基本不起作用。日军恼羞成怒，施放了毒气。欧致富和三营营长涂玉山在前沿阵地观察敌情时，中毒昏了过去。
经过卫生员的紧急抢救，中毒的欧致富醒了过来。此时，前沿部队已打退了敌人的两次进攻。涂玉山营长中毒较轻，独自戴着防毒面具指挥作战。他把情况简要向欧致富作了汇报。左权得知欧致富醒过来后，马上把电话打到第三营指挥所，关切地询问欧致富的中毒情况，并询问其能否继续坚持指挥作战。欧致富坚决不同意下火线
11月12日，敌人集中火力向南口我军的各个工事和掩体进行密集的持续的轰击，整个南口陷于一片炮火之中。这时风雨大作，山路十分泥泞，敌人就像乌龟一样爬行到山谷里，正好成了七连战士的活靶子。特务团三营七连司号员崔振芳，和战友王世华两个人据守陡崖上的投弹所。日军把投弹所视为眼中钉，用机枪进行封锁。王世华受伤后，崔振芳又和另一位战友坚守。年仅17岁的崔振芳一气投下120多枚马尾弹，炸死敌兵数十名。在崔振芳回掩蔽部扛手榴弹的时候，被敌人炮弹轰开的飞石割断喉管，光荣牺牲。日军几次强攻失败后，恼羞成怒，向七连阵地发射毒气弹。由于我军早有准备，毒气弹未能发挥作用。敌人以为我军失去战斗力，向阵地扑来，遭到七连指战员的猛烈痛击。就这样，我军打退敌人十多次进攻，歼灭日军200多人。
 当敌人发动第三次冲击的时候，铺天盖地的炮击加上灭绝人性的毒气弹，导致我军很多战士中毒，但他们还是顶住了这次攻势，断桥阵地依然稳如磐石。
直到增援部队到达，日军才退去。1941年11月19日晚，日军退回潞城，黄崖洞保卫战胜利结束。20日，转移在回教山的700余名兵工厂职工，全部安全返回黄崖洞兵工厂。总部特务团以不足一个团的1500人的兵力，抗击了5000多装备精良的日军的疯狂进攻，鏖战8个昼夜，取得了歼敌1000余人其中毙敌850人的战果，而我只伤亡166人，以6：1的战绩，“开中日战况上敌我伤亡对比空前未有之记录”，又一次粉碎了华北日军妄图摧毁我军工生产的阴谋
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