1937年9月25日，八路军在平型关为了配合第二战区的友军作战，阻挡日军攻势，首次集中较大兵力对日军进行的一次成功伏击战，八路军在平型关取得首战大捷。平型关大捷打破了日军“不可战胜”的神话。
为了国共两党更好的抵抗日本侵略者，1937年8月15日，国民政府军事委员会向全国下达了抗日总动员令。8月18日，蒋介石同意将红军主力改编为国民革命军第八路军；8月25日，中共中央洛川会议公布《抗日救国十大纲领》；同日，中央军委发布（八路军）改编命令，数万名红军将士摘下红五星，换上了国民革命军军服。
9月20日，日军不断挺进，开始向平型关、东跑池、团城口等内长城各主要阵地发动进攻，受到第二战区守军的顽强抵抗，敌我双方伤亡惨重。日军在三日进攻无果后，急电调遣军队增援。为阻止日军突破平型关防线，阎锡山命傅作义率两个旅增援，并致电朱德（总司令）要求八路军配合作战。于此，八路军115师根据中共中央的指示，在平型关一带设伏，打响了抗击日本侵略者的枪声。
1937年9月23日，朱德、彭德怀在给林彪的指示中，指出：敌于昨夜以来，忽奇袭国民党军平型关阵地，现正激战中，第115师即向平型关、灵丘间出动，机动侧击向平型关进攻之敌，但须控制一部于灵丘以南，保障自己之左侧。
在收到命令后，林彪、聂荣臻在战前反复勘察，定制计划。115师的部队在冉庄集结。24日傍晚，林彪和聂荣臻下达了各旅、团出击的命令。
经过数次交战，115师成功阻击日本号称“钢军”的板垣征四郎第5师团第21旅团一部及辎重车队。师主力歼灭日军坂垣师团第21旅团1000多人。
经过长达6个小时的战斗，乔沟伏击战结束，115师也付出了伤亡600余人的代价，200多位战士长眠在晋北这块热土上。八路军第115师在平型关战役中，除了击毙日军精锐第5师第21旅1000余人，还击毁汽车100余辆，马车200余辆，缴获步枪1000余支，机枪20余挺，火炮1门，以及大批军用物资。
平型关大捷意义重大，影响深远。首先，打破了日军“不可战胜”的神话，粉碎了国内一些人的“恐日病”和抗日“亡国论”，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。同时，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。