陈祖寿把日军向矿区运送粮食的时间地点告诉武忠义。武忠义决定利用这个机会分散日军注意力，炸毁军火库，于是就让卫三湖带人佯攻日军运粮队，而他和吕修文则趁机从矿洞内部进入军火库进行爆破。
日军运粮队进入矿区，卫三湖带人佯攻。守卫军火库的日军虽然没有赶去救援，但却聚集到军火库外面的工事内加强戒备。武忠义和吕修文趁机带着炸药潜入军火库准备爆破，但却意外发现军火库内存放的不是普通武器，而是杀伤力极强的毒气弹，而且存放的毒气弹的仓库不止这一个地方。为了不打草惊蛇，武忠义决定在没弄清日军有几个存放毒气弹的仓库前，放弃此次行动。
小泉得知八路军佯攻日军运粮队，猜出他们的真正意图是袭击秘密军火库，就让前田加强防守。
武忠义为了搞清日军究竟有几个存放毒气弹的仓库，就和吕修文伪装成日军军官，进入军火库内部，向值班日军打探。值班日军说存放毒气弹的仓库共有两个，而且紧密相连。武忠义决定同时炸掉这两个仓库，一举销毁所有毒气弹。
为了完成这个艰巨任务，武忠义让铁鞭带人把武工队以前埋藏的国军大炮搬来，增强战斗力。
为了一举炸毁日军的所有毒气弹，武忠义率领大家兵分几路同时展开行动：小四川负责炮轰日军新营房，吸引日军的注意力;铁鞭负责阻击前来搜寻大炮的日军，掩护小四川完成轰炸任务;卫三湖负责在军火库内安放炸药，布置炸药引线;武忠义和吕修文负责阻击进入军火库的日军，掩护卫三湖等人完成轰炸任务。
小四川按计划率先向日军新营房发起炮轰。营房内的日军仓皇赶出来应战，却找不到敌人的影子。宫城一雄命令他们进入工事内严阵以待，加强防守。中心炮楼的日军听到炮声，慌忙赶出来搜寻。前田得知日军新营房遭到炮轰，立刻命令宫城一雄查看军火库。
武忠义和吕修文潜入军火库，悄无声息地干掉了两个值班的日军士兵。恰好此时，宫城一雄打来电话询问军火库的情况。吕修文冒充守卫日军拿起电话接听，宫城一雄听出他的声音很陌生，对他产生怀疑。武忠义见吕修文暴露，立刻带他奔向日军营房通往军火库的通道，关上了通道内大门，阻止日军进入。宫城一雄带兵赶来，发现通道内的大门紧锁，立刻命人将其炸掉。
铁鞭率领矿匪们对前来搜寻大炮的日军展开猛攻，日军仓皇迎战，很快被全部消灭，但救援的日军很快赶来，让铁鞭始料不及。铁鞭被迫带领矿匪们继续应战，但因日军向山林里扔燃烧瓶，矿匪们躲闪不及，伤亡惨重。矿匪甲见处境危急，劝说铁鞭赶紧撤退，铁鞭不肯丢下小四川等人，坚持战斗。
日军炸掉通道内的大门，开始往里冲。武忠义和吕修文藏身在临时搭建的掩体后面，利用机关枪向他们扫射。日军士兵伤亡惨重，不敢前进，宫城一雄在后面用枪逼着他们冒死往前冲，日军士兵被迫再次发起攻击。武忠义的左肩不幸中弹，不能使用机关枪，就转用手榴弹进行轰炸，但没过多久手榴弹也所剩无几。就在这危急关头，铁莲花带人及时赶来增援。
卫三湖把布置好的炸药引线汇聚到一起，让鲁大魁拿着绕线器把它拉向外面的通道内。鲁大魁拉着炸药引线来到武忠义等人交战的通道内，腿部不幸中弹。卫三湖见状，拿过绕线器继续把炸药引线往通道里拉。
小四川完成轰炸任务，命人发信号弹给铁鞭，让他赶紧带人撤退。卫三湖见武忠义带领战士们撤离到安全地带，就点燃了炸药引线，但不幸的是炸药引线却在中途意外熄灭。日军见状立刻扑来。就在这危急关头，鲁大魁奋不顾身地冲到日军前面，重新点燃了炸药引线。整个军火库瞬间爆炸，鲁大魁壮烈牺牲。
日军间谍田宽一郎伪装成厌战的日军逃兵，前来投靠八路军武工队，请求保护。
