为了各个击破庞炳勋所率的各部伪军，18集团军总部以冀鲁豫军区赵承金第4军分区的16团、21团、新4路、卫河支队、骑兵团等在赵承金、张国华指挥下首先发起卫南战役。
7月30日凌晨，敌主力2000余人向新4路驻地作试探性攻击。赵承金即命新4路坚守阵地，从正面吸引敌人，另以16团、21团等大部兵力由两翼向敌侧后包围。结果一仗就打得敌人晕头转向，无力招架，共毙伤伪军240余人，俘虏伪团长以下840余人，缴获步枪1000余支和部分弹药。
首战告捷，八路军指战员的士气为之大振。稍事休整后，他们即长途奔袭，直插伪第46师师部驻地焦虎集，于7月31日夜，突然将敌包围起来。
焦虎集是个比较大的村庄，四周有围墙，墙外有道壕沟。敌人自从进了卫南，就先失去了七分胆，到了黑夜更加惊恐万分，离着很远就听见围墙上敌哨兵一惊一乍地喊：“谁？口令！”
进攻部队开始以为被敌人发觉了，过了一会儿见敌人还是扯着喉咙喊，才明白敌哨兵是在替自己壮胆，便悄悄地涉过外壕，迅速登上围墙。当敌人发觉时，为时已晚。
八路军的轻重机枪、迫击炮齐响，掩护冲锋部队迅速占领围墙，冲进了焦虎集。村内敌人从睡梦中被枪炮声惊醒，不知所措，慌乱抵抗。一股伪军窜到围墙西门，误把占领西门的八路军部队当做自己人，糊里糊涂地被缴了械。
冲进村内的部队发挥八路军善于打夜战、近战、巷战的特长，以神速动作，大胆穿插分割，用猛烈火力杀伤顽抗之敌。天发亮时，八路军的骑兵团一部也参战了，他们从南门打到东门，又从东门打到西门，和其他部队一起，很快全歼守敌，消灭伪第46师800多人。
接着，部队凭着两战两胜的锐气，于8月2日夜又突然强袭了驻在瓦岗集的伪独立1旅。至次日下午3时，八路军将敌全部歼灭，毙伤伪军600余人，俘伪旅长以下1000余人。
几战连胜之后，4分区决定暂时休整，消化战果。
很快，半个月的休整结束了，4分区的部队决定下一步攻打袁庄。袁庄和大范庄正是伪第27军杜淑残部的集中据点。
袁庄和大范庄是两个较大的村子，相距2公里左右。袁庄四周有3米多高的围墙环绕，围墙外有护城河，水深1米多。东、西有2个大寨门，为出入村寨之要道，敌防守严密，火力较强；南面有1个小门，北面没有门，敌配置兵力较少。村内共驻有伪第46师残部和伪独立2旅的2300余人。为首的是伪第46师师长李旭东。大范庄驻有杜淑的军部。
赵承金决定：打袁庄，要避开东、西两个寨门，从其防御比较薄弱的南、北两面攻击。16团、21团担任主攻，16团攻打南门，21团攻打北面，新4路、卫河支队和2个县大队在袁庄西2公里处负责打援和阻击逃敌，骑兵团在东、西门佯攻。16团攻占围墙后，再派出1个连阻击大范庄增援之敌。分区指挥所设在袁庄北1公里的一个小村里。
8月17日，4分区在驻地高平镇召开了誓师动员大会，政治委员张国华作了战前动员。随后，各部队于8月18日夜开进预定作战位置。
19日凌晨2时，16团团长常仲连分兵两路，摸向袁庄。他身先士卒，静悄悄地过齐胸深的护墙河，架起梯子登上了围墙。
夜色漆黑一团，常仲连在围墙上走了几十步，突然碰到一个伪军哨兵。那哨兵头也不抬地问：“干什么的？”
常仲连急中生智，装着敌长官的腔调：“我是司令部的，来检查你们的防备。”随后，他又问起了这一段的兵力、火力情况。伪军哨兵信以为真，规规矩矩地做了回答。说话间，常仲连发现不远处有一伙伪军正在注意他们，急忙大声说：“你们要守好这段，别的地方不用管，我去检查。”说完，他急忙脱身返回，布置战士们登城。
不一会儿，八路军的队伍上来了很多，敌人已经有所察觉，只听远处一个伪军说：“刚才和我们说话的口音不对，是八路军上来了！”紧接着，他“啪”的开了一枪，子弹打中了常仲连的腹部。
听到枪声，登上围墙的八路军部队立即展开猛烈攻击。两名战士将常仲连背下城墙，抬往后方。16团其余的战士冲上城墙，迅速占领重要地段，冲向庄内。
这时，21团的几个战士在火力掩护下，也用木梯在护城河上搭成了便桥，并冲到围墙下，迅速挖了一个2米多宽的墙洞，把装满炸药的推车推到墙洞里，拉响导火索。“轰”的一声巨响，围墙被炸开一个大缺口。趁敌人惊慌失措之际，21团冲锋部队沿着突破口也冲入庄内，和16团一起，与敌展开了激烈的巷战。
在袁庄东、西门担任佯攻的骑兵团见此情景，也摆出真进攻的架势，吹响冲锋号，子弹像雨点般朝围墙上的敌人射去。袁庄四面八方的枪声、手榴弹声响成一片，打得伪军不知八路军来了多少部队，很快就退缩到庄内一个三层楼的师部里和一个两层楼的旅部里。
守在2公里外大范庄里的杜淑，闻听战报，忙集中大范庄附近全部伪军，亲自指挥向袁庄增援。八路军打援部队马上投入战斗，庄内的战士也改变策略，以少数兵力封锁袁庄内突围的伪军，集中大部兵力向其援兵反击。
19日10时左右，袁庄内外的八路军与伪军展开了激烈的肉搏战，善于打硬仗的八路军英勇无比，气势夺人，先后击退了敌援兵7次冲锋。敌多次进攻未能奏效，锐气已减。八路军抓住时机开始猛烈反击，增援的伪军溃败而逃。八路军骑兵团一部又在后面追杀一阵，增援的伪军逃到大范庄再也不敢出来了。
此时，袁庄内被围伪军在绝望中已大部投降。赵承金要求集中兵力歼灭最后2个大楼里的残余伪军。在八路军猛烈的打击下，楼内的伪军已军心涣散，混乱一片。伪师长李旭东枪毙了2个伪军，也稳不住军心。总攻时间一到，只听几声巨响，八路军战士用迫击炮轰击、炸药爆破，将楼墙炸开几处。守楼伪军纷纷举手缴枪。李旭东趁着混乱，越过围墙，涉水而逃。
袁庄战斗于19日下午3时结束，伪军2200余人被歼灭。
4分区趁热打铁，在当天晚上又向伪军军部驻地大范庄发动攻击。败将杜淑及残余伪军形同惊弓之鸟，闻风丧胆，未开几枪即向卫河以西狼狈逃窜。（赵承金：《忆卫南战役》）
整个卫南战役，八路军共歼灭伪军5600余人，收复和开辟了卫河以南地区。