包围敌六十四师后,许世友决心集中兵力攻下三户山。敌人利用三户山俯瞰周围,形成密集的火力点和防御体系,我军伤亡较大,且敌援军正在迫近。必须尽快攻占三户山。九纵二十五师七十三团、七十五团一南一北攻击三户山,终于在10月5日7时击溃守敌,范家集背侧高地被我军夺取。
组织进攻三户山　战斗一夜无进展
　　据北孟村一些战争亲历者回忆,因为我军多为夜战,晚上,许世友与谭震林或处理紧急军务或组织开会。直到10月3日中午,将敌六十四师全部包围,许世友的心情稍微放松,他的牙痛病才好了一点。
　　三户山,现属平度市明村镇,位于胶河东岸,潍(坊)石(岛)公路南侧。山上凸出了3个蘑菇形山头,山凹呈马鞍形,海拔109米。三户山向东南一里多路从东到西依次分布郭村、范家集和林家庄三个村。山势平缓,方圆不过二三平方公里。敌整编六十四师(欠一个旅),被我军包围于这个狭小的空间里。敌人利用三户山瞰制周围,这里地形开阔,有利于敌人发挥火力。敌人构筑了子母堡等野战防御工事,组成密集的火力点和防御体系,并依托村落有利地形,北面围墙几乎全部建成地堡,以便更好发挥火力。
　　10月3日下午,为攻下范家集,许世友决定首先集中兵力攻下三户山。
　　10月3日黄昏,九纵攻击范家集、郭村、二纵围攻三户山,结果毫无进展,拂晓撤出战斗。敌六十四师系两广部队,擅长阵地防御作战且尚处于进攻阶段,战斗意志顽强,兼之武器精良,弹药充足,致使我军伤亡较大。
　　当天,敌整编第九师之七六旅以1个团的兵力向我军四纵十师的陶家铺、徐家庙子、樊家沟一线阵地攻击。我军十师放弃该线阵地,固守大小沟头、新立屯一线。4日下午,敌九师占领陶家屯警戒阵地。
　　西路为敌四十五师之二一一旅,于10月3日出发由潍县东渡潍河支援范家集六十四师。
建立第二道防线　拂晓前攻破敌阵
　　10月4日下午,焦急的许世友在指挥室里来回踱步,香烟一支接一支地抽。谭震林来了,许世友说:“敌人各路援军迫近,形势不妙啊!要命令部队尽快攻占三户山,占领有利地形,创造条件歼灭六十四师。”谭震林表示同意,“敌人三路援军,目前威胁最大的是东路,与范家集相隔只有十几里。南路和西路,由于我地方部队和民兵的骚扰、阻击临时没有形成直接危险,但后面还需要认真对付。为了加强对敌人东路和可能来自平度的增援,我建议建立第二道防线。”许司令道:“好!马上下命令。”
　　4日黄昏,二纵以第五师一部向东至明村北的辛安村以东警戒；第四师以小部队向林家庄佯动,发现敌人在我军的猛烈攻击下放弃郭村。九纵二十五师七十三团、七十五团及师特务营配合二纵攻击三户山敌人。20时30分,七十三团由三户山东南、正南,七十五团由东北、正北发起攻击。战至5日凌晨3时30分,七十五团占领三户山主峰,该团一营协同七十三团于8时20分占领鞍部西高地,残敌向范家集溃逃。第七十三团第九连,第七十五团第二连、第九连,在攻击三户山守敌时,英勇顽强,机智灵活,战后被授予“三户山战斗模范连”荣誉称号。
　　4日夜,二纵司令员兼政委韦国清、副司令员张震、副政委康志强亲临一线指挥四师、六师配合九纵攻歼三户山之敌。经过猛烈攻击,终于在拂晓前将守敌阵地突破。九纵占领了东山头,并以大部兵力向西发展。5日7时,二纵六师发起西山头总攻,全部击溃了守敌,歼灭俘获敌人大部并占领西山头。范家集背侧高地被我军夺取,敌人的地利优势已失去。
九连侧翼攻击　炸掉敌方暗堡
　　三户山战况激烈,以下为九纵二十五师七十三团九连的战斗片断。
　　10月4日20时30分,数颗信号弹腾空而起,划破了漆黑的夜空。霎时,我军的山炮、迫击炮一排排炮弹飞向三户山,爆炸气浪和火光吞噬了整个山头。
　　当七连在正面发起主攻时,九连从侧翼行动。连长马永庆拎着匣子枪叫道:“爆破组,先去把铁丝网炸掉,后面就是敌人的子母堡。”“轰!轰!”两声巨响,两个地堡被炸飞。原本负责佯攻的九连突击队立即冲了上去。刚参军2个月的新战士郭独福忽然听见侧后方传来一阵机枪声,冲在最前面的三排长王德惠应声倒下。突击队员们被敌人机枪封锁得无法抬头,不得前进。
　　郭独福回头一看,原来敌人的一个暗堡正喷着火舌,疯狂地向战友们扫射。他一跃而起,闪电般地冲到了暗堡前,顺着枪眼把冒烟的炸药包狠狠地塞了进去。随着一声剧烈的爆炸声,暗堡飞上了天,郭独福也倒在血泊之中。九连突击队的战士们端着雪亮的刺刀冲上来,全力抵抗正面进攻的敌人。紧接着,七连也冲上了山头,很快肃清了隐藏在各个工事里的残敌,夺取了三户山之东山头——石山。这次激战中,年仅32岁的七十五团团长邱锡汉与众多指战员英勇牺牲。战至5日凌晨3时许,各部合力攻占了三户山主峰——尖山。之后二纵一举夺得西山头——象山,残敌被迫退入范家集。
　　在范家集指挥所的六十四师师长黄国梁听到三户山失守的消息,慌忙给在青岛的范汉杰司令官发报:“求救!”
　　三户山被攻占的消息传到青岛胶东兵团司令部,范汉杰诧异,共军能有如此的战斗力?这才悟出共军不是避战溃逃,而是有计划的撤退,其顽强作战性和战斗力不容小觑,许和尚有能耐。范汉杰接到黄国梁的电报,他一边安慰给其打气,一边严令各路援军:“要不惜一切代价,向六十四师靠拢!”
　　10月5日上午,许世友、谭震林、刘少卿和政治部主任谢有法在一起研究敌情。鉴于各路敌援军尤其是东路已隔十几里,十分迫近,战场形势仍然紧张,许世友说:“预计敌各路援军还会疯狂攻击,范家集的敌人需要继续围攻,我想要围点打援并重,但要使用主力重点部署在打援上,尤其是加强东线。打一段视情况再定。”其余三人表示赞成。