1937年抗日战争全面爆发后，中共中央将红一师改编为八路军一一五师独立团，由杨成武任团长兼政治委员。1937年8月22日，杨威武率部由陕西三原云阳镇出发，向抗日前线挺进。在山西省繁峙县上寨镇，杨成武接受了挺进敌后阻击来自涞源城和广灵的增援日军、确保平型关主战场歼灭侵华日军第五师团第二十一旅团的作战任务。
杨成武领命后，连夜率部强行军200多里，于9月24日清晨到达驿马岭（即腰站）。战前，杨成武对指战员反复强调：必须死死顶住日军，绝不能放过日军一兵一卒。晌午时分，前卫骑兵排意外与日军前卫排遭遇，毙日军骑兵7人，其余敌人调头逃窜。
此次遭遇战后，考虑到敌人受挫后即将反扑，杨成武重新对兵力作了部署：一营在山上负责警戒，发现情况及时报告；二营连夜进抵离此不太远的三山镇切断广灵通往灵丘之间的公路；三营作为预备队向后撤至白羊堡待机；独立团指挥部跟随一营驻扎在山上随时观察日军的动向。
雨后大雾弥漫，阵阵山雾随风飘散，越来越浓，几米外就看不见人，敌人不知道独立团的虚实，不敢贸然进犯。杨成武和指战员继续隐蔽、耐心等待。直到第二天天亮后日军才开始沿公路向前推进，不久便走进了独立团的伏击圈。当日军进入了射程范围，杨成武一声令下，机枪、步枪、手榴弹响成一片，瞬间几十个敌人栽倒在地。日军经过一阵慌乱后，散开躲在隐蔽物后，向八路军还击。
经过一段时间的战斗，杨成武经过仔细的观察，准确判断出敌人的弱点。他迅速命令一个连作为突击队直接冲击日军设在隘口的指挥部。日军没料到八路军会直接进攻指挥部，遭到突然袭击后，顿时慌成一团。由于不知道八路军有多少部队，日军也不敢贸然反击，只能收缩防御阵地等待援兵。正在这时，西南方向传来炸雷似的山炮轰鸣，平型关战斗打响了。
激战至下午4时，杨成武接到师部来电：平型关战役已经结束，共歼灭日军板垣师团1000多人。杨成武认为，日军在平型关惨败不会再派部队过来增援这支部队。他果断下令：“吹冲锋号，发起攻击！”顿时，四面山头上，八路军战士们呐喊着扑向敌人的阵地。敌人早已疲惫不堪，在八路军的猛烈冲击下，纷纷败下阵来，夺路拼命逃向涞源城，沿途水壶、雨布、饭盒丢了一路。杨成武命令独立团战士尾随敌人一路猛追，直接拿下了涞源城。日军不支，出城东逃，独立团继续向东追击。此战，独立团歼灭日军400多人，不仅保证了平型关主战场作战的胜利，且追袭日军50多里，创造了抗日战争初期我军以少胜多的光辉战绩。
