抗日战争初期，八路军一一五师在平型关大败日寇，打破了日军不可战胜的神话，平型关也随之名声大振。然而，时至今日，有许多人还是没有搞清楚平型关战役与平型关大捷之间的关系，经常将平型关战役与平型关大捷混为一谈。
七七事变后，日本侵略者意图以强大兵力迅速占领太原及整个山西省。1937年9月11日，日军最精锐的第五师团进至河北蔚县，其一部西向山西广灵、灵丘进犯。广灵、灵丘一线的汤恩伯部十七军及七十三师与敌军鏖战8日夜后，撤至平型关一线。第二战司令长官阎锡山在长城一线布防御敌。以杨爱源为右路总司令，接替汤恩伯指挥；傅作义为左路司令，七十一师集结繁峙，七十二师集结代县，作为预备队。新编第二师至繁峙沙河待命，第十五军至凌云口一带侧应。平型关一线布防完成。
这时红军刚刚改编为第八路军，归入第二战序列，也在向山西前线开进。林彪、聂荣臻所部一一五师于9月14抵达平型关南大营镇待命。*、朱德、彭德怀多次与第二战司令长官阎锡山、副司令长官黄绍竑、第十四集团军总司令卫立煌会谈，确定八路军不用于正面阵地防御，主要使用于敌军侧后进行游击战，击破敌后方交通线和兵站据点。
9月22日，日军二十一旅团在战军配合下向平型关阵地进攻，被我七十三师击退。23日，日军再次向平型关、团阵口进攻，二十一联队企图绕过平型关侧后。我军七十三师、八十四师、独立第八旅，与敌展开战。
23日，阎锡山令傅作义部投入战斗与杨爱源联合指挥作战，金宪章新编第二师、郭宗汾七十一师、傅作义三十五军，向前线开进，令八路军一一五师阵地右翼向北攻击平型关敌军侧背。此时，一一五师已经进至平型关东的冉庄、东长城村一线。由于我军力量增强，25日，我军将进占团城口将日军二十一旅团主力包围。
就在我军准备围歼敌二十一旅团主力的同时，八路军一一五师一个团及骑兵营向灵丘方向前进牵制敌人，24日夜，一一五师三个团冒雨在平型关东北山设伏。以两个团截击和分割行进中的敌人，以1个团断敌退路，一独立团和骑兵营阻击敌人增援部队，以1个团为预备队。
25日晨，敌二十一旅团一部及辎重车队，沿灵丘至平型关公路向前线西进。7时许，全部进入我八路军一一五师伏击地域，我军全线突然开火，经过约6个小时的浴奋战，至13时许战斗结束，计歼敌千余人，缴获步枪千余支，机枪20余挺，击毁汽车百余辆、马车200余辆。取得首战大捷，这就是著名的“平型关大捷”。平型关一一五师伏击成功，切断了日军的交通线，有力地支援了平型关正面的反攻。
平型关战斗结束后，八路军一一五师参战部队立即向平型关正面的东跑池日军逼进，并在当日黄昏抢占了东跑池周围的高地，将日军包围在东跑池一带的盆地。但是国民党军队却没有按照计划出击。国民党军队的怠战，使该地的日军未能被歼，平型关战斗的战果未能得到扩大。
