1937年7月7日，卢沟桥事变爆发，日军由此发起了对华全面侵略战争。在占领平津地区之后，日军采纳了速战速决的战略，沿津浦、平汉、平绥三条铁路分兵三路发起攻势。面对日军的猛烈进攻，国民党军队士气低落，纷纷南撤溃退，唯有八路军，他们士气高涨，迎难而上，勇敢地向北推进。
1937年9月，日军悍将板垣征四郎得知国民党第二战区部队正在平型关地区集结，遂指令第五师团第21旅团长三浦敏事，率领第42大队第二大队、野炮兵一个大队，以及灵丘的两个大队，西进攻占平型关以西的大营镇，并消灭该地驻军，以掌控通往太原的重要通道。与此同时，板垣征四郎亦命浑源的两个步兵大队支援三浦敏事的作战行动。
平型关地处山西东北部，坐落在这段古长城之上，历来是晋冀两省之间的关键隘口。然而，此地山峦起伏，地势险峻，通往平型关的通道仅此一条，两旁尽是险峻的峡谷。特别是关前至东河南两镇之间的十余里路程，沟壑深邃，道路狭窄，仅能容一辆汽车勉强通行。
1936年，正当全面抗战的前夜，板垣征四郎以阎锡山在日军炮兵学校的同窗身份，以第二战区司令员的身份莅临太原进行所谓的“拜访”。他并未选择乘坐飞机或沿大同铁路而来，而是选择步行千里，沿着蔚代公路，途经平型关至滹沱河谷，再至忻口一线，耗时整整一个月，才抵达目的地。
1937年，板垣征四郎率领第五师团入侵山西，选定了一条近似于S型的路径：他从北京向西直至张家口，再自张家口折而向南至涞源，而后忽然转向，绕至平型关的左侧后方，竟重蹈了前一年亲自考察时所走过的路线。板垣征四郎深知此地乃山西与河北的交界地带，且防御相对薄弱，然而他未曾料到，八路军115师竟然会先行渡过黄河，在此地设伏以待。
八路军115师源自红一军团与红十五军团的改编，其中红一军团的主力部队重组为115师的343旅，具体包括红2师改编为685团、红4师改编为686团；而红十五军团的主力则构成了115师的344旅，红73师改编为687团、红75师改编为688团，红78师则合并为两个营，分别补充到上述两个团中。此外，红一军团的第1师独立改编为115师的独立团，而原中央军委的骑兵第2团则转型为115师的直属骑兵营。该骑兵营直属师部，而115师的直属部队还包括由原红十五军团的红74师改编的辎重营和炮兵营，以及由编余部队组建的师直教导队。
在115师的组建之初，队伍中汇聚了1.5万名历经沙场的老兵。他们不仅在兵力上，武器装备上，而且在战斗力上都堪称三师之最，因此享有“八路军第一师”的美誉。即便面对日军的评价，这支部队也显得格外显赫：“面对的敌人大多是二十岁以下的年轻士兵，他们作战英勇，与以往遭遇的敌军相比，实乃天差地别。”
115师渡过黄河之后，心中始终怀揣着一场战斗的渴望。最终，林彪将伏击战地点选在了平型关。林彪对此次战役极为重视，战前三次亲自赴平型关一带勘察地形。警卫员在半夜醒来，却发现师长正专注地凝视着地图，眉宇间满是沉思。
最终，林彪成功拟定了一套作战计划。杨得志率领的686团潜伏于老爷庙周边，严守口袋底部；李天佑指挥的686团则埋伏在白崖台附近，旨在对敌实施分割；687团则在小寨村一带设伏，待敌军尽数进入包围圈后，封锁日军退路。而688团则作为师的预备力量，由杨成武率领的独立团负责抵御灵丘和来源方向可能到来的日军援军。
1937年9月24日的夜晚，八路军第115师的上万名官兵悄无声息地朝伏击阵地进发。彼时，晋北的气温已然下降，大雨滂沱，给行军带来了额外的困难。尽管如此，除了少数师级干部，众多指战员并未配备抵御寒风的棉衣，亦无遮雨的工具，他们只能迎着风雨勇往直前。即便面对恶劣的天气和刺骨的寒风，八路军战士们的步伐并未因此停歇，他们迎难而上，疾速奔向阵地。
行进途中，部队穿越崎岖山道，忽逢深沟，恰逢暴雨如注，山洪汹涌，阻断去路。686团幸运地率先全员通过。然而，当该团行进至中途时，余部与师部人员混杂一处，瞬间陷入短暂混乱。众多战士与装备亦被山洪卷走。幸得团长李天佑与副团长杨勇迅速指挥，迅速稳定了部队局势。
随着水势愈发凶猛，仅343旅的两个团成功渡河，而344旅仅有一团得以通过，另一团则被山洪拦阻于对岸。面对此困境，林彪无奈之下只得将344旅的一个团作为预备力量，待山洪消退后再行增援。至9月25日凌晨，115师仅有三个团抵达战场。
不久之后，日军第五师团第21旅团的第21联队，乘坐第六兵站汽车队的百余辆卡车，率先驶向预设的伏击区域。紧随其后的是第21旅团的辎重部队，200余辆骡马大车，满载着御寒的冬装、行李以及弹药，依次驶入狭窄的沟壑。队伍的最后，是一个由50名骑兵组成的队伍。
板垣征四郎麾下的第五师团被誉为日军中的精英部队。自侵入我国两个月以来，该师团所向披靡，千里驰骋，未曾遭遇任何强劲对手。官兵们自视甚高，对中国军队不屑一顾，更未料想我军会主动发起攻击，设伏以待。因此，他们轻易地步入了林彪精心布置的“死亡陷阱”。当日军陷入包围圈后，林彪即刻派遣一名参谋疾驰至邻近的国民党军阵地，指令他们既要全力阻截日军，又要派出部队火速增援。
随着日军悉数踏入预设的伏击圈，林彪当机立断，下达了攻击命令。三枚信号弹划破长空，伴随着激昂的冲锋号声，机枪、手榴弹、迫击炮齐声怒吼，日军在毫无防备的状态下遭受重创，众多士兵惊慌失措，纷纷弃车而逃，躲藏于车体下方。
在弹尽粮绝之际，八路军勇士们毫不犹豫地抛掷出手榴弹，随即发起勇猛的冲锋。685团5连连长曾贤生身先士卒，率领部队勇往直前，冲锋在最前端。他带领战士们接连炸毁数辆敌军汽车，凭借高大的身材和精湛的武艺，曾贤生迅速斩杀多名敌人。
然而，日军第五师团的战斗力同样不容小觑。在一场激烈的白刃战中，5连连长曾贤生身负数刀，最终倒在了血泊之中。685团成功截断了日军的退路。日军行动迅猛，迅速将目光投向了制高点——老爷庙。林彪也敏锐地察觉到了这一点，立即下令686团三营抢占老爷庙。三营在付出了惨重的代价后，终于攻克了老爷庙。然而，在随三营攀登老爷庙的过程中，686团副团长杨勇不幸被敌军流弹击中，身受重伤，三营营长也遭受了同样的命运。
日军的战机亦至，对老爷庙的八路军实施轰炸。约五六百名日军搭乘飞机抵达，潮水般涌向老爷庙，对其实施连续的猛攻。双方在制高点展开了殊死搏斗，刺刀断裂后便以枪托、石头和树枝为武器相互砍砸。直至林彪将预备队投入战场，才成功封堵了敌人的突破口。激战持续至午后一点，日军的主力基本上已被我军歼灭。
战事一触即发，115师便计划俘获数名日军士兵以扩大宣传。然而，这一举措却让部队付出了惨重的代价。在清理战场之际，一名营长背负着一名受伤的日军士兵，意图将其送往救治点，途中那名日军士兵竟苏醒过来，咬下了营长的一只耳朵。另有一名通信兵在回收电话线时，发现了一辆汽车下藏匿的日军伤兵，他取出纱布为其包扎伤口，不料却被日军士兵用刺刀猛刺腹部，英勇牺牲。
“日军这种宁死不屈、绝不投降的精神，乃是我军在长达十年的内战中未曾遭遇过的。”
杨成武在回忆往昔时曾提及：“在抗战初期，日军普遍接受过严苛的训练。他们的战术纯熟，射击精准，身着与秋收作物色调相仿的野战服，便于潜行，攻击力十足。加之国民党反动派采取的不抵抗政策，使得日军自华北入侵以来，攻城掠地，势如破竹，士气益发高昂。日军刺杀技艺高超，即便身受重伤亦誓不投降，他们紧抱住我方战士，又掐又咬，我们不得不逐一将其击毙，这也使得我们取得胜利的代价更为沉重。”
尽管平型关战役中我军付出了惨重的伤亡代价，但此次战斗却彰显了八路军的英勇风貌，展现了我国军队的强大军威，极大地激发了民众的抗战斗志。同时，此举亦成功牵制了日军第五师团的攻势，为平汉铁路和同蒲铁路上的国民党军队提供了有力支援。
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