1937年8月22日，八路军第一一五师共1.5万人东渡黄河，进入山西境内抵抗日军。这时，一一五师共有三四三旅和三四四旅。

　　9月上旬，一一五师从晋西南的侯马陆续乘火车北上。铁路被洪水冲断，只好修一段走一段。在太原和忻口间，铁路坡度太大，又超载，火车上高坡时战士们只好下来推火车。9月20日，一一五师进至平型关以西的大营镇待命。

　　第二战区司令阎锡山获得情报:日军第五师师团长、中将板垣征四郎率二十一旅团一部要经过平型关，以便进攻雁门关。平型关位于山西东北部，和河北交界，地势险要，自古就是长城南端的重要隘口。

　　此时的阎锡山雄心勃勃，制定了将日军放进平型关内加以围歼的计划。他任命傅作义为总指挥，以一个师加两个旅作为总预备队，以8个团的兵力从长城侧击日军右侧背。八路军一一五师的任务是从平型关东边的山地夹击日军，断敌后路。

　　战事紧急，刚到大营的林彪没休息，马上给中央军委和八路军总部发电，报告作战计划。然后林彪共三次到平型关侦察地形。林彪的警卫员杨兴桂回忆说:「林彪带着团干部们侦察，他穿著一件破褂子，随便扎根布腰带，头上戴一顶毡帽，活像当地的农民。路上没饭吃，他和大家一起吃生地瓜。回来大家都很累了，我半夜醒来，看见林彪还盯着地图看。」

　　平型关东侧的乔沟是通向灵丘、涞源的山谷公路，宽度仅能通过一辆汽车。沟深数丈，只有老爷庙前有一个缺口。南北沟岸也便于隐蔽和发挥火力优势，是设伏的好地方。林彪决定让部队埋伏在乔沟两侧，摆成「长蛇阵」，给日军来个瓮中捉鳖。一一五师于9月24日凌晨前进入阵地。

　　在一一五师摆出的「长蛇阵」中，平型关左面的「蛇头」是杨得志、陈正湘的六八五团；右面的「蛇腰」是李天佑、杨勇的六八六团；「蛇尾」是徐海东的六八七团。六八八团作为预备队，杨成武的独立团和刘云彪的骑兵营负责打援。

　　日军被「砍」成三段，最前面是百余辆装满日军的汽车，后面是200多辆满载辎重的骡马大车。

　　9月25日早晨7点多，山谷中响起马达声，日军进入山谷。一一五师的六八五团打响了第一枪，接着炒豆般的枪声响成一片，机关枪、迫击炮、手榴弹砸下去，好几辆汽车中弹起火。日军清醒过来后，趴在车下还击。

　　八路军的武器差，射程短，只能靠一直吹冲锋号壮大声势。战士们挥起大刀，和日军搏斗。日军单兵作战的顽强大大超出估计，许多身经百战的老战士也是第一次经历这幺激烈的战斗。

　　打得最艰苦的是六八六团，副团长杨勇主动要求带第三营争夺老爷庙。冲上公路后，三营和鬼子拚刺刀，伤亡很大，九连官兵全部战殁，杨勇和三营营长也负了伤。在与日军白刃格斗时，来了两架日军飞机，一看双方绞在一起，没法扔炸弹，转了两圈就飞走了。

　　一一五师要想吃掉4000多日军不太可能，而且据说，国军没有在预定阵地参加截击日军的战斗。到了下午，平型关的日军逃走了。

　　战事结束后，统计的数字是:日军伤亡1000余人，汽车被毁100余辆，马车被毁200余辆；一一五师伤亡500余人。

　　据当时的一一五师代参谋长孙毅回忆:「平型关大捷的那天夜里，我和林彪、聂荣臻住在距平型关几里路的小山村里。我们睡在一个土炕上，一向寡言的林彪和聂荣臻竟聊到天亮。」

　　平型关战斗是八路军开赴抗日前线后的首次告捷，蒋介石连发两封嘉奖电。阎锡山的部队抬着猪羊、带着文艺团体来慰问，还拍了纪录电影。老百姓更是高兴，敲锣打鼓，闹了数日。