1937年9月中旬，日军迅速向内长城线逼近，企图突破平型关要隘，歼灭中国第二战区部队。

中国第二战区司令官阎锡山决心在平型关——雁门关——神池内长城线组织防御，阻止日军进入山西腹地。阎锡山致电八路军总司令朱德：“希电林师夹击敌之侧背。”

为配合友军作战，朱德令第120师进军至雁门关以西的神池地区，侧击由大同南犯的日军。令第115师进军至平型关以西大营镇待机，准备侧击进犯平型关的日军。

平型关以东是群山连绵的古道，而南侧高地可以方便隐蔽机动和伏击。第115师当即决定在此设伏歼敌。

9月23日夜，师部率主力进至平型关东南15公里的冉庄地区。

24日，师长林帅和副师长聂荣臻组织干部现场勘察后，确定在平型关东北长约13公里的公路旁，伏击将由灵丘向平型关进攻的日军。

24日午夜，第115师冒着暴雨进入预先设定好的伏击地域。

9月25日拂晓，日军第5师团第21旅团主力和师团辎重等部队，沿着灵丘至平型关公路西向进发。

7时许，日军全部进入第115师预伏地域，第115师突然全线开火，猛烈的发起冲击。第115师截断了敌军退路，将其分割包围，与敌展开白刃格斗。

日军用辎重车辆作掩护进行顽抗。

战斗中，八路军第685团2营5连连长曾贤生，只身刺死十多个日兵，并率全连烧毁日军汽车20多辆。最后他拉响仅剩的一枚手榴弹，与敌人同归于尽。

第686团三营九连指战员除剩十多人外，其余全部阵亡。

5连3排有的战士多次负伤，仍坚持战斗，最后全排壮烈殉国。

13时许，蔡家峪以东日军在六架飞机掩护下，向老爷庙高地反扑，被八路军击退并全歼。

至此，战役胜利结束。

这次大战，八路军第115师歼灭日军1000余人，击毁汽车100余辆，马车200余辆，缴获步枪1000余支，机枪20余挺，火炮1门，自身伤亡600余人。

平型关战役八路军首战告捷，举国上下一片欢欣，极大的振奋了全国的民心士气，提高了共产党和八路军的威望。