1937年7月7日卢沟桥事变爆发，揭开了全国抗日战争的序幕，中国共产党积极请战，将红军改编为八路军和新四军，建立抗日民族统一战线，积极抗日。8月22日，党领导的八路军一一五师作为抗日先遣队，从陕西东渡黄河，开赴山西前线。

此时，日军的铁蹄已踏上晋北。9月中旬，日军攻占大同及灵丘等地。21日，日军又逼近平型关，企图取道攻打太原，吞灭山西，进而占领整个华北。

为阻止日军突破平型关，第二战区司令长官阎锡山决定组织平型关防御战，并致电八路军总司令朱德要求配合。于是，朱德电令一一五师“向平型关、灵丘间出动，机动侧击向平型关进攻之敌”。

一一五师主力由红一军改编，师长林彪，副师长聂荣臻。23日中午，林彪和聂荣臻召开连以上干部会议，进行战斗动员。林彪向各团详细下达了战斗任务。当日午夜，一一五师主力冒雨急行军，于次日拂晓前进入乔沟一线南侧山地设伏。

25日早晨7时许，日军开始出现在沟底公路上，汽车队、马车队如弯曲的长蛇，缓慢行进。这是坂垣征四郎手下的所谓“皇军王牌”第五师团。

“立即开火!”随着指挥员的一声令下，两侧山坡上射出的子弹如暴雨般倾泻。手榴弹把路面炸出一个个大坑，迫击炮把敌人的汽车炸开了花。一一五师各团将日军大部队“拦头”“斩腰”“断尾”，分割包围，猛击痛打。日军陷入一片混乱。一一五师各团从山地上争先跃起，猛虎般冲向敌群，与敌人展开激烈的白刃战、肉搏战。经过6个多小时的血战，终于将山谷中的日军全部歼灭。

激战同时在乔沟的制高点老爷庙展开。遭受伏击不久，被围困在西段路上的日军集合兵力，抢占了老爷庙前的高地，对八路军进行拼死反击。争夺老爷庙高地成了平型关战斗胜利的关键。一一五师所属团向老爷庙发起强攻，经过一次次浴血拼杀，最终夺取了这个重要高地。

伏击战打响后，附近的日军立即向乔沟增派援兵，妄图解救被围困的同伙，结果被一一五师所属团全部击溃。

一一五师首战平型关，投入了4个团、1.2万余人的兵力，共计歼敌千余人，击毁日军汽车近百辆、马车200余辆，缴获大批枪炮弹药以及食品、被服等，战果辉煌。但战斗也是惨烈的，八路军有600余名指战员伤亡。

平型关之战是八路军出师抗日的第一个大胜仗，也是全国抗战以来中国军队取得的第一个大胜利。它打破了“日军不可战胜”的神话，极大振奋了全国军民的精神和抗战信心，提高了共产党和八路军的威望。