在东北线，阳城附近的日军樱井师团和津田混成旅团一部，于5月7日下午向董村东西线武士敏军阵地攻击，遭到顽强抵抗。
8日拂晓，日军突破了赵世铃军十八坪阵地，赵世铃下令放弃阵地，撤向望仙庄一线。高桂滋军依靠工事和有利地形，进行了较为有效的抵抗，但因左右两翼都被日军突破，不得不退出防线。突破防线的日军兵分两路，一路沿桑池、贾家山和杜村河南下，另一路沿亳清河南下，经皋落、长直和王茅直下，黄昏时攻占垣曲县城，截断了守军与黄河南岸的联系。日军实现了中间突破，中条山的中国军队被分割成两半。
此后的两天，日军于12日早晨在东路攻克邵源，与济源西进的日军会合；于11日在西路推进到五福涧，与9日攻占五福涧的日军会合。这样，日军完成了对守军的内层包围，彻底截断了守军在黄河沿线的补给线和退路。
5月13日，日军得到增援，再次发动攻击，突破董村阵地，武士敏军转移到横河镇东南地区，又遭到从济源突入的田中师团攻击。刘茂恩集团军腹背受敌，于14日开始向北突围，但仅有两个师突出日军包围圈，到达沁水以北地区，其余都被包围在山区内。