平型关战役非常惨烈，115师的干部回忆说：十年内战从未见过如此强大的敌人。

1937年7月7日，发生了卢沟桥事件，日本军队全面开始了对中国的大规模侵略。占领了北京和天津后，日军按照速战速决的策略，分成三路沿着津浦铁路、平汉铁路和通往北方的铁路线推进。面对日军的攻势，国民党军队选择了向南撤退，而八路军则士气高昂地向北迎战敌人。

1937年9月，日本侵略军头目板垣征四郎发现国民党第二战区正在平型关一带集结兵力，便命令第五师团第21旅团长三浦敏事带领第42大队的第二大队，以及一个野炮兵大队，还有驻扎在灵丘的两个大队，向西进攻平型关西边的大营镇，意图消灭守军，控制通往太原的重要通道。与此同时，他还命令驻扎在浑源的两个步兵大队配合三浦敏事的行动。

平型关位于山西东北部的古长城之上，自古以来就是晋冀两省的重要关隘。这里地势险峻，四周山峦重叠，地势险要。从关前到东河南两镇之间，只有一条公路可以通行，这条公路两侧都是陡峭的深谷。尤其从关前到东河南两镇之间的一段路，沟深道窄，沟底只能让一辆汽车通过。

1936年，也就是全面抗日战争爆发的前一年，日本军官板垣征四郎以阎锡山的师兄身份前往太原拜访。阎锡山是第二战区的司令。板垣征四郎没有选择坐飞机或火车，而是选择了步行，沿着蔚代公路，经过平型关、滹沱河谷和忻口，历时一个月才到达太原。

1937年，当板垣征四郎带领第五师团进攻山西时，他走了一条像S形的路线：从北京向西到了张家口，再从张家口往南到涞源，然后突然绕到了平型关的左侧后方。这条路是他一年前亲自勘查过的。他知道这里是山西和河北交界的地方，防守相对较弱。但他没想到的是，八路军115师已经提前过黄河，在这里设伏等待他。

八路军115师是由原来的红一军团和红十五军团改编而来的。其中，红一军团的主力部队被改编成了115师的343旅，具体来说，红二师变成了685团，红四师变成了686团。红十五军团则主要改编成了115师的344旅，红七十三师改成了687团，红七十五师改成了688团，红七十八师的部分兵力被分配到了这两个团中。另外，红一军团的红一师单独改编成了115师的独立团。原中央军委的骑兵第二团也被改编成了115师的直属骑兵营。这个骑兵营是直接归师部管理的。除了骑兵营，115师还直接管理着由原红十五军团的红七十四师改编的辎重营和炮兵营。而师直教导队则是由剩下的部队组建的。

115师组建时有15000人，全部都是经过战火洗礼的老兵。无论是兵力、武器装备，还是战斗力，都是三个师中最强的，被誉为八路军的第一师。后来，日军也评价说：“面对的敌人几乎都是20岁以下的少年兵，作战勇敢，远非以前遇到的敌人可比。”

115师渡过黄河后，一直希望能打一场胜仗。最终，林彪决定在平型关设伏。林彪对这次战斗非常重视，战前他三次亲自前往平型关勘查地形。每次勘查回来，他都熬夜研究地图，眉头紧锁，显得十分认真。

林彪经过仔细筹划，最终定下了作战方案。杨得志率领的686团埋伏在老爷庙附近，负责守住关键位置。李天佑的686团则埋伏在白崖台一带，准备把敌人分成几部分。687团则埋伏在小寨村附近，等敌人全部进入埋伏圈后，堵住他们的退路。688团作为预备队，随时准备支援。此外，杨成武的独立团负责阻击从灵丘和来源前来增援的日军。

1937年9月24日夜晚，八路军第115师的上万名战士前往埋伏点。那时，晋北的天气已经变冷，还下起了大雨。但大部分战士没有保暖的棉衣，也没有雨具，只能在雨中行进。尽管风雨交加，寒冷刺骨，八路军的战士们依然坚定地向前，迅速到达指定位置。

部队在翻越一条崎岖山路时，意外进入了一条深沟。就在这时，大雨如注，山洪突然爆发，挡住了他们的去路。走在最前面的686团幸运地全部通过了危险地带。当686团走了一半时，剩下的人与师部一起陷入了短暂的混乱，一些战士和装备被洪水冲走。但团长李天佑和副团长杨勇迅速采取行动，稳定了部队的情况。

最后水势越来越猛，只有343旅的两个团通过，344旅只有一个团通过，另外一个团被山洪阻隔在对面。林彪没办法，只能将344旅的一个团作为预备队，等山洪退后再过来。9月25日拂晓，115师只有三个团到达了战场。

不久之后，日军第五师团第21旅团第21联队的士兵们乘坐着第六兵站的上百辆汽车，率先驶向埋伏地点。紧随其后的是第21旅团的辎重部队，他们有200多辆骡马大车，车上装满了御寒冬装、行李和弹药。车队浩浩荡荡地开进了狭沟，最后面跟着一个由50人组成的骑兵队。

板垣征四郎带的第五师团号称是日军的精锐，侵华两个月来纵横千里，从没遇到过对手。所有官兵都觉得自己无敌，根本不把中国军队放在眼里。没想到中国军队会主动出击，埋伏他们。所以，他们很容易就被林彪设下的“陷阱”包围了。日军进入包围圈后，林彪立刻派一个参谋去附近的国民党军阵地，让他们一边阻击日军，一边派部队前来增援。

等日军全部进入包围圈后，林彪果断地下令开火。三颗信号弹腾空而起，伴随着嘹亮的冲锋号声，机枪、手榴弹和迫击炮一齐发射。日军毫无防备，被打了个措手不及。许多士兵慌忙跳下车，躲在车底下。

在子弹和手榴弹用尽之后，八路军的战士们立刻发起了冲锋。其中，685团5连连长曾贤生带领队伍冲锋在前，他带领战士们连续炸毁了几辆敌军的汽车。曾贤生身材高大，还擅长武术，因此很快便击杀了多名敌人。

然而，日本第五师团的战斗力同样不容小觑。在一场激烈的近战中，5连连长曾贤生身受多处刀伤，倒在了血泊之中。685团英勇地堵住了敌人的后路。日军行动迅速，很快注意到了制高点老爷庙。林彪也意识到这个位置的重要性，立刻命令686团三营抢占老爷庙。三营经过艰苦战斗，终于控制了老爷庙，但代价惨重。在这过程中，686团副团长杨勇在随三营登上老爷庙时，不幸被流弹击中受伤，三营营长也受了伤。

日军的飞机也前来轰炸老爷庙的八路军，随后五六百名日军蜂拥而至，不断向老爷庙发起攻击。双方在高地上展开了激烈的战斗，武器用尽后甚至用上了枪托、石头和树枝。最终，林彪派出了预备队，才彻底稳固了防线。战斗持续到下午一点左右，日军的主力几乎被全部消灭。

战斗打响后，115师想抓几个日军俘虏来宣传，但这个决定让他们付出了很大的代价。打扫战场时，一位营长背着一名受伤的日军伤兵，打算送他去救治。可是在路上，那个日军伤兵突然醒来，一口咬掉了营长的耳朵。还有一位通讯员在收电话线时，发现汽车底下有个日军伤兵。通讯员好心拿出纱布给他包扎伤口，结果被日军伤兵用刺刀刺中腹部，当场牺牲。

平型关战役中，八路军115师打死了1000多个敌人，自己也损失了800多人，但没有抓住一个日军俘虏。这是红军历史上从未发生过的。115师的指战员们都被日军的顽强精神吓住了。115师教导队政治教育主任王紫峰在当天的日记中写道：“日军这种宁死不投降的精神，是我军在十年内战中还没有见过的。”

杨成武后来回忆时也说：“抗日初期，日军训练有素。他们的战术熟练，枪法精准，野战服的颜色和秋庄稼一样，很隐蔽，攻击力很强。再加上国民党不抵抗，日军在华北地区攻城略地，长驱直入，士气大增。日军的刺杀技术非常厉害，受伤也不投降，抓住我们的战士就会掐又咬，所以我们不得不一个一个地消灭他们，增加了我们的胜利代价。”