為了各個擊破龐炳勛所率的各部偽軍，18集團軍總部以冀魯豫軍區趙承金第4軍分區的16團、21團、新4路、衛河支隊、騎兵團等在趙承金、張國華指揮下首先發起衛南戰役。
7月30日凌晨，敵主力2000餘人向新4路駐地作試探性攻擊。趙承金即命新4路堅守陣地，從正面吸引敵人，另以16團、21團等大部兵力由兩翼向敵側後包圍。結果一仗就打得敵人暈頭轉向，無力招架，共斃傷偽軍240餘人，俘虜偽團長以下840餘人，繳獲步槍1000餘支和部分彈藥。
首戰告捷，八路軍指戰員的士氣為之大振。稍事休整後，他們即長途奔襲，直插偽第46師師部駐地焦虎集，於7月31日夜，突然將敵包圍起來。
焦虎集是個比較大的村莊，四周有圍牆，牆外有道壕溝。敵人自從進了衛南，就先失去了七分膽，到了黑夜更加驚恐萬分，離著很遠就聽見圍牆上敵哨兵一驚一乍地喊：「誰？口令！」
進攻部隊開始以為被敵人發覺了，過了一會兒見敵人還是扯著喉嚨喊，才明白敵哨兵是在替自己壯膽，便悄悄地涉過外壕，迅速登上圍牆。當敵人發覺時，為時已晚。
八路軍的輕重機槍、迫擊炮齊響，掩護衝鋒部隊迅速佔領圍牆，衝進了焦虎集。村內敵人從睡夢中被槍炮聲驚醒，不知所措，慌亂抵抗。一股偽軍竄到圍牆西門，誤把佔領西門的八路軍部隊當做自己人，糊裡糊塗地被繳了械。
衝進村內的部隊發揮八路軍善於打夜戰、近戰、巷戰的特長，以神速動作，大膽穿插分割，用猛烈火力殺傷頑抗之敵。天發亮時，八路軍的騎兵團一部也參戰了，他們從南門打到東門，又從東門打到西門，和其他部隊一起，很快全殲守敵，消滅偽第46師800多人。
接著，部隊憑著兩戰兩勝的銳氣，於8月2日夜又突然強襲了駐在瓦崗集的偽獨立1旅。至次日下午3時，八路軍將敵全部殲滅，斃傷偽軍600餘人，俘偽旅長以下1000餘人。
幾戰連勝之後，4分區決定暫時休整，消化戰果。
很快，半個月的休整結束了，4分區的部隊決定下一步攻打袁庄。袁庄和大范庄正是偽第27軍杜淑殘部的集中據點。
袁庄和大范庄是兩個較大的村子，相距2公里左右。袁庄四周有3米多高的圍牆環繞，圍牆外有護城河，水深1米多。東、西有2個大寨門，為出入村寨之要道，敵防守嚴密，火力較強；南面有1個小門，北面沒有門，敵配置兵力較少。村內共駐有偽第46師殘部和偽獨立2旅的2300餘人。為首的是偽第46師師長李旭東。大范庄駐有杜淑的軍部。
趙承金決定：打袁庄，要避開東、西兩個寨門，從其防禦比較薄弱的南、北兩面攻擊。16團、21團擔任主攻，16團攻打南門，21團攻打北面，新4路、衛河支隊和2個縣大隊在袁庄西2公里處負責打援和阻擊逃敵，騎兵團在東、西門佯攻。16團攻佔圍牆後，再派出1個連阻擊大范庄增援之敵。分區指揮所設在袁庄北1公里的一個小村裡。
8月17日，4分區在駐地高平鎮召開了誓師動員大會，政治委員張國華作了戰前動員。隨後，各部隊於8月18日夜開進預定作戰位置。
19日凌晨2時，16團團長常仲連分兵兩路，摸向袁庄。他身先士卒，靜悄悄地過齊胸深的護牆河，架起梯子登上了圍牆。
夜色漆黑一團，常仲連在圍牆上走了幾十步，突然碰到一個偽軍哨兵。那哨兵頭也不抬地問：「幹什麼的？」
常仲連急中生智，裝著敵長官的腔調：「我是司令部的，來檢查你們的防備。」隨後，他又問起了這一段的兵力、火力情況。偽軍哨兵信以為真，規規矩矩地做了回答。說話間，常仲連發現不遠處有一夥偽軍正在注意他們，急忙大聲說：「你們要守好這段，別的地方不用管，我去檢查。」說完，他急忙脫身返回，布置戰士們登城。
不一會兒，八路軍的隊伍上來了很多，敵人已經有所察覺，只聽遠處一個偽軍說：「剛才和我們說話的口音不對，是八路軍上來了！」緊接著，他「啪」的開了一槍，子彈打中了常仲連的腹部。
聽到槍聲，登上圍牆的八路軍部隊立即展開猛烈攻擊。兩名戰士將常仲連背下城牆，抬往後方。16團其餘的戰士衝上城牆，迅速佔領重要地段，沖向庄內。
這時，21團的幾個戰士在火力掩護下，也用木梯在護城河上搭成了便橋，並衝到圍牆下，迅速挖了一個2米多寬的牆洞，把裝滿炸藥的推車推到牆洞里，拉響導火索。「轟」的一聲巨響，圍牆被炸開一個大缺口。趁敵人驚慌失措之際，21團衝鋒部隊沿著突破口也沖入庄內，和16團一起，與敵展開了激烈的巷戰。
在袁庄東、西門擔任佯攻的騎兵團見此情景，也擺出真進攻的架勢，吹響衝鋒號，子彈像雨點般朝圍牆上的敵人射去。袁庄四面八方的槍聲、手榴彈聲響成一片，打得偽軍不知八路軍來了多少部隊，很快就退縮到庄內一個三層樓的師部里和一個兩層樓的旅部里。
守在2公里外大范莊裡的杜淑，聞聽戰報，忙集中大范庄附近全部偽軍，親自指揮向袁庄增援。八路軍打援部隊馬上投入戰鬥，庄內的戰士也改變策略，以少數兵力封鎖袁庄內突圍的偽軍，集中大部兵力向其援兵反擊。
19日10時左右，袁庄內外的八路軍與偽軍展開了激烈的肉搏戰，善於打硬仗的八路軍英勇無比，氣勢奪人，先後擊退了敵援兵7次衝鋒。敵多次進攻未能奏效，銳氣已減。八路軍抓住時機開始猛烈反擊，增援的偽軍潰敗而逃。八路軍騎兵團一部又在後面追殺一陣，增援的偽軍逃到大范庄再也不敢出來了。
此時，袁庄內被圍偽軍在絕望中已大部投降。趙承金要求集中兵力殲滅最後2個大樓里的殘餘偽軍。在八路軍猛烈的打擊下，樓內的偽軍已軍心渙散，混亂一片。偽師長李旭東槍斃了2個偽軍，也穩不住軍心。總攻時間一到，只聽幾聲巨響，八路軍戰士用迫擊炮轟擊、炸藥爆破，將樓牆炸開幾處。守樓偽軍紛紛舉手繳槍。李旭東趁著混亂，越過圍牆，涉水而逃。
袁庄戰鬥於19日下午3時結束，偽軍2200餘人被殲滅。
4分區趁熱打鐵，在當天晚上又向偽軍軍部駐地大范庄發動攻擊。敗將杜淑及殘餘偽軍形同驚弓之鳥，聞風喪膽，未開幾槍即向衛河以西狼狽逃竄。（趙承金：《憶衛南戰役》）
整個衛南戰役，八路軍共殲滅偽軍5600餘人，收復和開闢了衛河以南地區。