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土落村的阻擊戰一結束，劉忠便指示部隊趕緊打掃戰場。戰士們從漳河裡面打撈出敵人丟棄的10餘門山炮，又歸攏了所繳獲的武器彈藥。全旅指戰員個個忙得不亦樂乎。連日來，緊張的戰鬥吸引著他們，使他們忘記了飢餓。如今戰鬥結束了，才覺得肚子裡空了，真想趕快飽吃一頓後好好休息一下。
就在這時，軍區又下達了新的作戰任務：長治守敵史澤波部已放棄長治向西逃跑了。各部立即追擊撤退之敵。386旅沿張店、馬壁向翼城方向追殲之。必須在半途追上，把該敵殲滅。
儘管部隊渴望休息一下，但接到任務以後，官兵們立即將疲憊拋至腦後，紛紛抖起精神。劉忠迅速作了分工，旅裡各領導分別下到各團作政治動員，邊動員邊出發，趁著朦朧的月色，直向西南挺進。
10月10日早晨，部隊到達一個陡峭的山谷中。這裡有一條湍急的小河，秋天的河水已經很冷了，部隊又沒有吃飯，身上穿著單衣。淌過河後，有不少戰士手腳都被劃破了，流出鮮紅的血，但仍然堅持著行軍，不肯停一步。當劉忠率領著部隊進到東西峪時，敵人已先過去了。部隊來不及喘上口氣，又繼續追擊敵人。此時，不用說人已經累得幾乎要倒下，就是騾馬也餓得走不動了。當地人民群眾看到後，紛紛端出熱飯熱水送到戰士手中，主動幫助部隊解決了吃飯、餵牲口問題。
離開了東西峪，劉忠帶著部隊直奔桃川。前出的偵察員趕回來報告：前方佛廟嶺、將軍嶺一帶發現敵人行軍大隊。
聽到這訊息，劉忠心頭上的石頭放下了。他自言自語地說：&ldo;史澤波呀史澤波，可把你抓到手了！&rdo;
逃跑的敵人走了4天，才從長治走到橫水、東西峪。不是他們不想走快，而是因為一路上不斷遭到我民兵遊擊隊的襲擊。這些驚慌失措的敵人，一聽槍聲便把部隊停下，偵察清楚後才敢前進，難免就像烏龜爬沙了。
黃昏前，劉忠給3個團部署了作戰任務，下達了戰鬥命令。劉忠命令各團12日拂曉在桃川一帶利用有利地形，徹底消滅閻匪第19軍。具體戰鬥部署是20團擔任正面攻擊，對團在左翼，38團在右翼，從兩翼包圍敵人，旅指揮所隨20團前進。
10月12日的早晨，東方剛亮，劉忠便站在桃川東面的山頭上觀察敵情。回回日的晚上，第772團在將軍嶺就與敵人交上了火，把逃敵的道路完全隔斷了。拂曉時分，20團、21團和38團從佛廟嶺方向加入了戰鬥，尾追敵人的太行部隊的1個團也緊緊地扭住了敵人，對敵包圍圈越縮越小。
12日早晨6時，我軍發起總攻擊。戰鬥持續了2個多小時。到上午8點半，戰鬥勝利結束了。閻錫山的19軍的1萬多人絕大部分被殲，共俘敵官兵5400餘人，軍長史澤波被活捉。至此，追殲長治逃敵的戰鬥任務勝利地完成了。
在上黨的整個戰役中，我軍共殲敵第19軍、23軍、83軍等11個師約35萬人。俘敵副總指揮胡三餘以下將官27名，繳獲山炮24門，輕重機槍2000餘挺、長短槍16萬餘支。上黨戰役殲滅的閻錫山部隊佔其總兵力的三分之一。
劉忠在回憶上黨戰役勝利時說：&ldo;這是一個乾淨、徹底、戰果輝煌的大殲滅戰。&rdo;
上黨戰役，打亂了國民黨整個內戰日程，打破了蔣介石、閻錫山迅速佔領全華北的野心，使華北解放區贏得了時間，能充分發動群眾，進行土地革命，並為以後的粉碎國民黨軍的進攻做好了準備。
上黨戰役結束後，為適應新的形勢，冀魯豫、冀南、太行。太嶽各軍區主力依次編為第1、第2、第3、第4縱隊，作為晉冀魯豫軍區野戰軍。劉忠在上黨戰役勝利結束後，在第4縱隊第10旅任政治委員，1946年4月晉升為第4縱隊
