華北戰局危急，8月下旬，344旅即從陝西三原駐地誓師出發，在韓城芝川東渡黃河，向晉東北恒山地區挺進，投入到偉大的抗日民族解放戰爭之中。當時，日軍華北方面軍第5師團和察哈爾派遣兵團於9月中旬分由宣化和大同南下，企圖突破我平型關和雁門關防線，進而合擊太原。為阻止日軍進入山西腹地，八路軍總部急令115師、120師速向平型關和雁門關開進。
9月23日，344旅進至平型關東南30裡之冉莊。24日，115師確定在東北關溝至東河南鎮道路兩側高地，採取一翼戰術伏擊手段，殲滅由靈丘向平型關進犯之敵三浦支隊（第5師團21旅團旅團長三浦敏事少將指揮的3個步兵大隊）。其部署為：343旅685團占領老爺廟西南至關溝以北高地，截擊敵先頭部隊；686團及344旅687團一部占領小寨至老爺廟以東高地，實施中間突擊；687團主力占領西溝村、蔡家峪、東河南鎮以南高地，斷敵退路，並阻擊靈丘、渾源方向的敵援軍；688團為師預備隊。當時協調國民黨晉綏軍一部從西南方向東跑池加入戰鬥，以構成對敵兩面夾擊。
當日午夜，344旅向預定地域進發，途中突降大雨，至白崖台河時，山洪暴發，旅部和687團搶先一步，涉險通過，但688團則被猛漲的河水阻斷。25日拂曉，687團到達指定位置，1營迅速搶占了東河南鎮以東兩側高地，2營占領1245.8高地，3營占領1466高地及其南側高地隱蔽待敵。
25日晨，出乎八路軍的意料，日軍兩支部隊東西相向而行幾乎同時鑽進了埋伏圈，即第21聯隊輜重隊（大行李隊）由靈丘向西開往平型關和第6兵站汽車隊由關溝向東開往靈丘（從平型關前線沿來路返回靈丘轉運傷兵和接運援兵）。由於山谷狹窄，道路泥濘，敵進展緩慢。
上午10時，115師抓住有利戰機，突然發起攻擊。344旅687團2營5連衝下峽穀隘口附近公路，僅20分鐘就炸毀敵汽車20餘輛，將隘口堵塞。左翼的343旅部隊也衝下公路，將敵汽車隊攔腰截斷。日軍突遭打擊，一時混亂不堪。687團2營各連乘機對敵人實施分割穿插，3營則與敵大行李隊展開激戰。在我各團勇猛突擊下，日軍被截成數段。富有＂武士道＂精神的侵略者不甘心在此覆滅，拼命反擊，與我展開激烈的爭奪，到處是刺刀相碰、槍托互砸。
憑借優勢兵力和頑強的戰鬥意志，115師參戰部隊終於在下午將被圍之敵殲滅，同時打退了敵數次增援。
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