1937年9月25日，八路军第一一五师在山西繁峙平型关对日军成功进行一次伏击战。
1937年8月下旬，八路军东渡黄河向晋北前线开进。9月，沿平绥线西犯的日军进入山西北部，占领天镇、广灵、大同，晋绥军向雁门关方向撤退。
9月16日，日军攻占浑源和涞源一线。此时，国民党第二战区司令长官阎锡山在平型关至雁门关和神池的内长城线组织防御。八路军总部指示第一一五师从东面配合友军作战，对从灵丘增援平型关之敌实施攻击。
9月19日，第一一五师进至平型关东南的上寨、下关地区集结。
9月22日，日军第五师团一部从灵丘向平型关方向进犯，次日，在平型关正面及团城口与国民党军发生激战。八路军利用平型关附近有利地形，采取侧面伏击的战术，予来犯之敌以歼灭性打击。
24日午夜，第---五师主力冒雨由冉庄向平型关东北的白崖台前进，在小寨村至老爷庙公路附近山地设伏。25日拂晓，敌第五师团第二十一旅团一部和大批辎重车辆沿灵丘至平型关公路西进，进入第一一五师的伏击地区。
由于道路狭窄，雨后泥泞，其车辆、人马拥挤堵塞，在老爷庙东北的山谷里行动缓慢。第一一五师居高临下，突然发起攻击。该师第六八五团迎头截击，歼敌一部，封闭敌南窜道路;第六八七团将敌后尾部队分割包围于蔡家峪和西沟村地区，并抢占韩家湾北侧高地，切断了敌之退路;第六八六团勇猛冲向公路，与敌短兵相接，展开白刃格斗。敌利用其车辆辎重作掩护，凭借优势火力进行顽抗。其中一部企图夺占公路两侧高地，掩护突围。第六八六团第二营迅速抢占老爷庙及其以北高地，与公路东侧部队形成对敌夹攻之势，将敌压缩于狭谷之中。敌企图突围，均被击退。先期进占东跑池之敌一部企图回援被困之部队，被第六八五团所阻。敌师团长板垣征四郎急令其在蔚县、涞源所部向平型关增援。担任钳制、阻击任务的第一一五师独立团，截断涞源、灵丘之间的交通线，在腰站地区打退日军增援部队的多次冲击，毙伤其300余人。被围于小寨村至老爷庙之敌，在6架飞机掩护下，再次猛攻老爷庙及附近高地，但未得逞。第六八六团遂集中全力，在两翼友邻协同下，将被围之敌全歼。
至9月25日下午，战斗胜利结束。八路军第一一五师歼灭日军精锐第五师团第二十一旅团一部1000余人，缴获步枪1000余枝，机枪20余挺，击毁汽车100余辆、马车200余辆。平型关战役，八路军大获全胜。这是中国军队取得的自抗战以来第一次大胜利。这次胜利沉重地打击了日军的嚣张气焰，扰乱了敌人的作战部署，粉碎了“皇军不可战胜”的神话!平型关大捷，振奋了民心，极大地鼓舞和增强了全国人民的抗战热情和抗战必胜的信念。大大提高了中国共产党、八路军的政治地位和威望，在抗战史上写下了光辉灿烂的一页。从此，“首战平型关，威名天下扬”这两句响亮的歌词，被人们广为传诵。