1937年9月25日拂晓，日军精锐部队第5师团第21旅团及大批辎重部队，沿灵丘至平型关公路西进，企图突破平型关防线与雁门关以北日军会合攻占太原，进而占领山西全省。当天清晨7时，当日军全部进入八路军第115师预先设下的伏击圈后，第115师全线开火，一举歼灭日军1000余人。这是八路军出师以来所打的第一个大胜仗，史称平型关大捷。
军事专家董保存：这次作战最后以115师的胜利而告终，歼灭日本鬼子1000多人，缴获大批的辎重，光缴获的日军大衣就有上万件。平型关大战可以说是震惊了当时的抗日战场，蒋介石也发来电报，对平型关大战表示了嘉奖。这场仗震撼了敌人，给了友军一个鼓舞，给了全国人民一个交代。
1937年七七事变后，侵华日军攻势凌厉，先后占领北平、天津，上海战事也尽占优势，日军扬言三月亡华，气焰十分嚣张。为了确保对平津的占领，日军把进攻的矛头指向素有“华北屋脊”之称的山西。
面对日军兵分两路进逼山西的攻势，第二战区司令长官阎锡山紧急致电延安请求支援。八路军总部随即命令第115师进至平型关以西的大营镇待机，准备迎击进犯平型关之敌。第115师代师长、343旅旅长陈光之子陈晓星说，为了发挥作战的突然性，八路军第115师利用夜间提前进入了伏击阵地。
第115师代师长、343旅旅长陈光之子陈晓星：（我军）部队进入阵地是9月24日的晚上，正好赶上下雨。雁北的山区一下雨以后晚上非常冷，战士们淋着雨进入阵地，身上衣服还是夏装，都是靠自己的体温把它烘干的。
9月25日清晨，平型关战斗正式打响。当战斗进行到白热化之时，一股日军企图抢夺伏击阵地对面山上的老爷庙制高点，以此组织反击突围。第115师指挥所迅速命令686团团长李天佑，不惜一切代价抢占老爷庙制高点。李天佑之子李亚滨说，平型关大捷是无数人用鲜血和生命换来的。
开国上将李天佑之子李亚滨：这一仗打得很艰苦、很惨烈，虽然我们取得了胜利，但也付出了相当大的代价。在平型关烈士陵园里，安葬了600多名八路军将士，有300名是686团的，战斗的胜利来之不易。
在第115师顽强阻击之下，中国军队取得抗日战争历史上第一场胜利——平型关大捷，打破了日军“不可战胜”的神话，极大地振奋了人心，增强了全国人民和各爱国武装力量坚持抗战的信心和决心。平型关大捷，也极大地提高了中国共产党和八路军的威望，为八路军在华北创建抗日根据地，开展敌后游击战争创造了有利条件，奠定了广泛的群众基础。
