1937年9月25日，山西繁峙县平型关附近，秋雨把山路浇得泥泞不堪。八路军第115师埋伏在公路两侧，战士们贴着山石，静静等候从灵丘方向开来的日军车队。
这不是一场准备充分的正面决战，而是一次在战场突变中抓住的机会。几天前，日军已经突破晋北防线，平型关一带的守军陷入混乱。115师原本承担侧翼配合作战任务，等部队赶到预定位置时，正面阵地已有失守迹象，友军之间也出现了彼此推诿。
平型关一旦被日军控制，115师就可能陷入孤军深入的危险境地。撤退，意味着放弃难得的作战机会；留下，则要面对装备和火力都占优势的敌人。师长林彪最终决定，利用地形设伏，打一场突然袭击。
命令很快传到各团。杨得志率685团攻击车队前端，李天佑指挥686团切断中段，张绍东率687团负责截击后尾，688团作为预备力量。杨成武的独立团和刘云彪的骑兵部队，则承担阻击援军的任务。
这套部署的关键，不在于一开始就把日军全部消灭，而是要先割裂车队，使其无法集中力量反扑。平型关附近山谷狭窄，道路一侧是陡坡，另一侧多为沟壑，长长的汽车队伍一旦进入伏击地带，首尾便难以相顾。
上午，日军车辆陆续驶入山口。日军此前已经占领灵丘和平型关，自认为道路安全，对两侧山地没有进行充分搜索，车队行进速度较快，警戒也显得松散。等到信号发出，枪声从山坡两侧骤然响起，前后车辆被打停，日军指挥体系很快受到冲击。
日军第六汽车队的指挥官新庄淳中佐当场被击毙。有人据此把平型关说成是袭击普通运输人员，甚至认为这支部队没有战斗力。这样的说法并不准确。
当时的汽车部队虽然承担运输任务，但并非手无寸铁的民夫队伍。第六汽车队约有四百人，其中包括战斗人员、警卫、医务人员和数量不低的军官。汽车兵熟悉武器，训练严格，许多人还接受过战场保障和防御训练。车队遭到攻击后，日军很快依托车辆、路坎和山沟组织抵抗。
686团面对的，正是这样一支反应迅速的部队。李天佑没有贸然把所有兵力压上去，而是先派一个营试探敌情。战斗持续后，林彪判断，单靠山坡上的火力压制很难迅速解决战斗，必须抢占老爷庙高地，从上方控制公路。
“先拿下老爷庙，再把敌人切开。”这道命令传到杨勇所在的三营，部队随即向高地发起冲击。
老爷庙并不高，却是整个战场的要点。谁占据它，谁就能从高处俯射道路和沟谷。日军同样看出了这一点，依靠汽车作掩体，不断向上射击。八路军战士用手榴弹炸开缺口，趁着烟尘贴近敌人，双方很快陷入白刃战。
战斗中的一个细节，暴露出双方作战习惯的差异。几名被打散的日军士兵没有立即逃跑，而是迅速背靠背结成小组，借地形顽抗。即使负伤，他们也会寻找高处和掩体继续射击。过去红军在国内战争中形成的许多经验，到了这种新型战场上，并不能直接照搬。
八路军也出现了轻敌现象。有的战士看到敌人阵形混乱，便以为对方很快会投降，甚至靠近喊话。686团一名电话员在战场上遇到受伤日军，按照以往处置伤员的习惯靠近查看，话还没有说完，对方突然挥刀反击。这类教训很快传遍部队。
另一个问题更为具体。车队里有大量汽车，八路军起初没有及时将车辆彻底破坏，部分日军便钻到车底，借汽车钢板躲避射击，再寻找机会还击。战士们发现后，开始用集束手榴弹和火力压制逐辆清理，战斗方式随之调整。
老爷庙争夺异常惨烈。686团一些连排伤亡很大，甚至出现整排官兵牺牲的情况。一个连打到最后只剩二十多人，个别连队干部几乎全部阵亡。经过数小时反复冲杀，八路军终于控制高地，并从侧面压迫公路上的日军。
平型关战斗的伤亡和歼敌数字，在不同回忆与战史材料中存在差异。较为常见的说法是，115师伤亡六百余人，歼灭日军一千余人。数字或有出入，但战斗规模并不影响其意义：这是八路军改编后同日军展开的一次大规模正面作战，也是一场付出明显代价的胜利。
更重要的是，这场胜利改变了许多人对日军的认识。1937年秋天，华北接连失守，日军攻势迅猛，社会上弥漫着悲观情绪。平型关没有扭转整个战局，却用战场事实证明，日军并非不可击败，所谓“无敌”只是一种被连续胜利制造出来的错觉。
但胜利并没有遮住问题。八路军在火力、通信、交通和后勤方面都处于劣势，部分部队对日军单兵战术和战斗意志估计不足，仍带着过去作战中的惯性。平型关之后，第115师加强了针对性训练，重视火力协同、阵地攻击和对敌军战术特点的研究，部队也在后续战斗中逐渐减少了类似损失。
平型关真正留下的，不只是一次伏击的战果。它既击碎了日军不可战胜的传闻，也把八路军自身的短板摆到了战场上。胜利因此更显真实：有突袭的果断，也有伤亡的沉重；有士气的提升，也有经验不足的代价。
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