同机返回晋冀鲁豫军区后，陈赓从邓小平政委那里亲自接到任务：负责上党战役第一阶段攻取外围要点的作战任务，特别是进攻长子，以吸引长治的敌军前来增援。 他一到位于屯留西面的纵队司令部，就对指挥员们强调：这次让我们进攻长子，是邓政委的建议，经总部批准的，这是首长对我们的信任。大家一定要从这次作战中总结经验，不断从战争中学习，提升自己的作战能力。 就在这时，刘、邓首长得知敌人援兵已经出动，立即改变了原有的部署，命令开始围城打援。除了留一部分兵力继续包围并佯攻长治，主力部队则分成东西两路，悄悄转移北进，计划在10月3日拂晓前赶到白晋路两侧的磨盘瑙和老爷岭，歼灭敌人增援部队。根据这一新的作战方案，迅速进行了具体部署。

按照刘、邓首长的指示，陈赓于9月28日带领三八六旅昼夜兼程北进。部队士气高涨，冒着倾盆大雨，踩着泥泞，于10月1日抵达预定地区。陈赓马上命令七七二团占领了余吾镇西南的东枝，二十团则控制了岳底至余吾镇的公路，士敏独立团则抵达草滩，准备协同友军歼灭增援的敌军。 战斗持续到了10月5日，敌我态势发生了变化：敌军彭毓斌率援兵由沁县向上党推进，占领了老爷岭，准备进攻磨盘瑙。我军太岳纵队在西，由陈赓指挥；太行纵队在东，陈锡联指挥。由于与刘、邓首长的联系不方便，陈赓便亲自前往前沿阵地与主攻团二十团团长楚大明等人商讨作战计划。当谈到如何进攻磨盘瑙时，楚大明团长向陈赓介绍了敌我情况，并分享了黄昏时的进攻方案。

当谈到远处地形时，楚大明拿起望远镜观察，原本想把望远镜调整好递给陈赓看，但他自己却愣住了。停了好一会儿，他才说道：呃！真奇怪，敌人的牲口怎么头都朝北？ 接着他又观察了一会儿，说：人也在向北走，看样子是在运动。 三八六旅的刘忠旅长接过望远镜观察了一下，也说：敌人确实是在向北移动。 此时，敌我双方正围绕磨盘瑙展开对峙。我军占据了它的南、西、东三面，而敌军应该面向南、西、东方向，而北面则是敌人的后方。三八六旅的指挥所设在老爷岭顶上，磨盘瑙一带弥漫着硝烟，太行纵队正与敌人激战。而敌人的大队沿公路向南移动，但在东北方向却有小股敌人由东面向北行进。经过连续的激烈战斗，我军对老爷岭的攻击已经让敌军四十七师伤亡过半。

彭毓斌一方面指挥残部做最后挣扎，另一方面向阎锡山求援。阎锡山即命令驻沁县的省防第三军杨诚部前来增援，并指示第六十八师留在沁县的一个团一起出动。然而，这些增援部队也被我军截击，损失惨重。经过两天猛烈进攻，敌军在老爷岭和磨盘瑙一带伤亡惨重，战斗力严重减弱，甚至连关山村的敌人指挥部都受到了威胁。彭毓斌决定放弃南援，开始命令部队向北撤退，但为了迷惑我军，故意做出南撤的假象。 陈赓一直以冷静果断著称。熟悉他的人都知道，每当面临关键时刻，他总是经过反复思考后才会做出决策。而这次，他在与上级失去联系的情况下，突然发现了敌人撤退的迹象。为了抓住这个瞬息万变的战机，他毫不犹豫地做出了决断。

他将望远镜举起来，认真观察了几分钟，随后放下望远镜，急促地说道：根据观察，敌人确实开始向北撤退，主要部队已经在移动。磨盘瑙的敌人之所以没有动，是在麻痹我们。 就在陈赓观察和思考的过程中，刚刚到职的纵队副司令员王近山也拿起望远镜进行了仔细观察。王近山是个著名的果敢指挥官，听完陈赓的话后，他立刻催促道：司令员，快下决心吧，时间紧迫！ 这时，陈赓想起了刘、邓首长常常教导他的：前线指挥员要根据敌情和我军情况灵活应对，执行上级指示时也要有自己的判断和决策。于是，他坚定地下定了决心：刘忠同志，你们的部队改为总攻任务，立刻向北追击。楚大明同志的团在最前面，沿敌人行进的公路左侧北进，插入敌人后方，追上敌人！沿途不要与敌交火，不许俘虏，也不准收缴物资。你们的任务是赶到敌人前方，切断他们的退路，以便围歼！

王近山也补充道：对，快带部队追击，敌人走的是大路，先头部队可能已经走了20里，我们得走山路，必须在明天拂晓前赶到敌人前面，赶快出发，不要浪费时间！ 此时，敌军大约有3万多人，80门炮，队形从北向南行进。与敌先头部队的距离还有近20里。 陈赓大声说：对，立刻行动！告诉战士们，敌人开始逃跑，我们只要赶到敌人前面就算胜利！ 刘忠和楚大明接到命令后，迅速带领部队出发，王近山也随楚大明团一起追了上去。

太岳军区第一分区副司令员李成芳带领的决一旅部队（包括第三十八团、二十五团）原本是总攻磨盘瑙的预备队。陈赓立刻打电话指示他们也带队追击。 他对几个参谋说：我的腿不争气，这种追击的小路连牲口都走不了，我就不能跟上了，只能在后方为战士们做鼓劲工作了。 由于敌情变化迅速，指挥所与刘、邓指挥部的电话线还未接通。陈赓为了不失战机，迅速决定改变作战部署，将总攻磨盘瑙的任务改为追击敌军。他亲自做出决策后，立即命令部队出发。同时，他派侦察科长彭克前去刘、邓指挥所，向首长汇报敌情和自己临时调整作战方案的决心。 邓小平得知陈赓的决定后，十分欣赏他的果断指挥，称赞道：这才是真正的将才！