1937年8月，日军以北平(今北京)、天津地区为出发地，兵分三路沿平绥(今北京-包头)、平汉(今北京-汉口)、津浦(天津-浦口)铁路线展开进攻。9月中旬，日军关东军占领大同后，向雁门关进攻。与此同时，已侵占阳原、蔚县、广灵的日军华北方面军第5师，继续向浑源、灵丘进攻，企图突破平型关、茹越口。

在1937年9月19日中秋节当天，最早在平型关抗击日军的晋绥军独立第8旅已经到达了平型关，并在第二天占领了平型关阵地。据该旅第623团第1营营长刘光耀回忆，日军先头部队在9月21日午夜已经到达平型关下，开始向晋绥军发动第一次进攻。抗日战争全面爆发后在山西境内的第一场大规模战役，即太原会战的第一个战役--平型关战役，由此在内长城平型关地区正式展开。

在号称“钢军”的板垣征四郎第5军进攻平型关之前，第二战区司令长官阎锡山已经向周恩来和八路军副总指挥彭德怀提出调集重兵，计划在平型关、沙河、繁峙一线与日军作战。八路军副总指挥彭德怀提出了配合晋绥军主力作战的方案：以友军坚守平型关正面，八路军115师隐蔽集结于敌前进道路的侧面，从敌侧后夹击进攻平型关之敌，对此阎锡山表示同意。

林彪对平型关战斗的部署如下：杨得志指挥的685团在东侧，李天佑指挥的686团在西侧，两侧夹击公路，待敌人进入埋伏圈后，东西夹击，防止敌人向两侧逃跑。在老爷庙缺口处的高地上，下面架起四挺重机枪，两边各架3挺轻机枪，一共是10挺机枪。等敌人完全进入后，封住这条唯一的缺口，来个关门打狗。

9月25日将近8点钟，从前边山沟里隐约传来了汽车的马达声，声音由远及近。过了一会儿，日军第5师团第21旅团的车队终于出现了。当通往灵丘的公路上已经看不见日军时，表明板垣师团的后尾也全部进了伏击圈。

当一颗信号弹升入天空时，机枪、步枪、手榴弹、迫击炮一齐发射，把拥挤在公路上的鬼子打得人仰马翻。日军被这突如其来的猛烈进攻打得晕头转向，他们没有任何精神准备，不知道发生了什么事情，惊恐不安地龟缩成一团，躲在汽车后面胡乱地放枪，最终一败涂地。

而日军的地面后援部队在到达驿马岭时，被杨成武指挥的独立团拦住了西进的步伐。在林彪的部署中，专门袭击敌人增援部队的正是344旅687团，他们把守在平型关东北的山地上，放过先头进入伏击圈的日军。杨成武指挥的独立团不仅在驿马岭成功阻挡了日军的增援，歼敌300余人，而且乘胜追击，意外地收复了涞源县城，有力地支援了平型关主战场的战斗。

抗日战争时期，八路军第115师在山西省东北部平型关地区，对日军进行的伏击战，是八路军首战告捷的作战。

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