川岛见到溃逃回来的先头部队，顿时恼羞成怒，命令部队对刘老庄进行包围，面对日军数倍于我军的人数，连长白思才果断下令撤出刘老庄，来到村子北面的一块开阔地当中的“抗日沟”中继续阻击日军，并再次击退了日军的又一次冲锋进攻；面对再次冲锋失败的情况，川岛命令将重机枪架在屋顶之上，对四连阵地进行扫射，然而，就当他们距离我军阵地四百米左右的时候，连长派人用手榴弹对日军机枪阵地进行了猛烈攻击，粉碎了日军企图用机枪火力网对我阵地发起攻击的邪恶企图。接下来，日军又数次派军队进行冲锋，但均被四连成功阻击。
丧心病狂的川岛在部队没有取得任何进展的情况下，命令将所有火炮对准四连阵地猛烈轰击，面对日军雨点般的炮弹，四连战士依旧利用一切可以使用的掩体继续阻击日军，数个小时后，日军暂时停止了进攻，而此时82人的四连也出现了严重的伤亡，活下来的战士在生理上也早已到达了极限。
白天的战斗中，连长白思才被一枚炮弹击倒，深受重伤，暂时丧失了指挥部队继续作战的能力，当天傍晚，日军再次对四连阵地进行了轰炸，并派兵进行了冲锋，当快到四连战壕的时候，四连剩余战士在指导员李云鹏的指挥下与日军展开了白刃战，经过激战，四连82名官兵全部战死沙场，但成功击毙了日军170余人，圆满完成了自己的任务。
战后，当四连全体官兵阵亡的消息传到新四军7旅后，旅长彭明治随即将四连命名为“刘老庄连”，并重新组建了这支英雄连队。当地人民群众也为第4连82位烈士举行公葬，修建了“新四军抗战八十二烈士之墓”的墓碑。新中国建立后，为纪念烈士，当地人民政府在烈士殉难处建立了刘老庄烈士陵园。