根據日方戰史里1941年9月25日“狼牙山、棋盤陀附近戰斗”的記錄，與“狼牙山五壯士”作戰的是日軍步兵第110聯隊第三大隊。日軍記錄稱第三大隊在“狼牙山方面的作戰中”，在9月25日拂曉對棋盤陀附近的八路軍展開“包圍、攻擊、殲滅”的行動，早晨六時開始發動進攻。八時三十分，到達高地頂上的日軍第三大隊第九中隊一部，在正前方巍峨的高山上發現了“十數名敵人”。日軍被這些八路軍吸引，向高山上“攻擊前進”。日軍對戰斗開始階段的記錄是“在懸崖絕壁上的約20名敵人用捷克式機槍向我軍進行猛烈射擊”。
此前“狼牙山五壯士”中生還的葛振林對機槍投入戰斗有回憶，他們所在的六班帶著一個機槍組，用火力牽制和吸引日軍，掩護大部隊撤退。與六班配合作戰的機槍組，隨后從山路上轉移脫險。但狼牙山五壯士為了引開日軍，堅持攀登著陡峭的巖壁向著懸崖的方向轉移。日軍被吸引之后，發現“這個高地是狼牙山最險峻的位置，向懸崖峭壁上做數米的攀登簡直比登天還難”。
日軍的這一記錄，充分佐證了五壯士走向懸崖是刻意選擇的結果，而不是誤入懸崖。五壯士選擇攀爬懸崖峭壁的時候，就已經放棄像機槍組一樣突圍，而選擇了繼續牽制敵人。
面對攀登到險峻山峰上作戰的八路軍，日軍小隊長有岡弘佑不得不用這樣的話語給部下打氣：“敵人能上去的山峰，我們為何上不去？”然而，日軍并不知道“懸崖上拼死抵抗”八路軍已不再使用機槍，而是以投擲手榴彈為主，雙方展開了“手榴彈戰”。最后，日軍記錄八路軍“墜落到斷崖下”。日軍戰史里的戰斗記錄之中都會統計“（敵人）尸首”有多少，以此作為戰果的證據。然而，在此次戰斗里，日軍沒有記錄在山頂發現任何八路軍的尸首，可見，當時抵抗的八路軍全部跳崖了。
日軍當年把圍攻狼牙山五壯士的戰斗視為一次異常艱苦的戰斗，專門將其作為軍隊里學習之用的“勇戰奮斗戰例”。日軍雖然并不知道自己是被五壯士牽制的，但日軍的這份作戰記錄，還原出更多烈士們殉國之前的戰斗細節。
