1936年8月7日，日本召开“五相会议”，制定《国策基准》，正式确定了向南方海洋发展的根本国策。1937年6月，德国最终制定了代号为“绿色方案”的突然进攻捷克斯洛伐克的计划；同年，法国人罗歇·马丁·杜·伽尔获得该年诺贝尔文学奖。
1937年7月底，日军占领北平、天津后，其关东军察哈尔派遣兵团又从北平出发，沿平绥路向晋察冀地区进犯。9月13日，一部攻占大同，并继续向绥远方向进攻。同时，日军另一部第五师团则向晋东北进犯，9月中旬占领了蔚县、广灵，并向灵丘、平型关进发，企图突破平型关，协助主力夺取太原。
面对日军的大规模攻势，为了有效地抗击日本侵略军，1937年8月25日，中共中央军委将中国工农红军第一、第二、第四方面军和陕北红军等部改编为国民革命军第八路军，朱德任总指挥，彭德怀为副总指挥。八路军不待改编全部就绪，便陆续由陕西北上。第115师9月中旬到达晋东北地区，第120师于9月下旬到达晋西北地区，处于大同与太原外围，第129师则向正太路以南的晋东南地区开赴。
9月20日，日军第五师团第21旅团的2个大队占领了灵丘县城，向平型关逼近。国民党负责晋察冀防务的第二战区已经将兵力部署于雁门关、平型关一线，试图凭借险要地势阻止日军前进，保卫太原。为了配合国民党的正面战场作战，八路军第115师被派往平型关西面的大营镇，准备随时迎击侵犯平型关的日军。24日，第115师指挥员经过一番考察，决定将部队埋伏于平型关东北关沟到东河南镇谷道两侧的高地，对日军进行伏击。当晚，第115师各部队冒雨秘密进入伏击地点，于拂晓前做好了战前的各种准备。
9月25日拂晓，日军第五师团携带大批辎重，沿着灵丘至平型关谷道西进。而埋伏在两侧高地上的八路军战士则秘密疑视着日军的举动，时刻准备着给日军以猛烈打击。
清晨7时，日军全部进入八路军115师的伏击圈，由于道路狭窄，再加上刚刚下过雨，道路泥泞，日军人马拥挤，行动缓慢。115师343旅伏击部队抓住有利战机，居高临下向公路上的日军全线开火。毫无防备的日军遭到突然袭击，顿时乱作一团，115师趁机发起了冲击。第685团迎头截击，堵住了日军的南窜道路，并歼灭大量日军。第687团将日军后尾部队分割包围，并占领日军后方高地，切断了日军的退路，双方展开了激烈的肉搏战。日军虽然伤亡惨重，但依然凭借优势火力顽固抵抗。经过半个多小时激烈的搏斗，日军伤亡过半，但其中的一部仍然企图夺取公路西侧的高地，从而掩护残部突围。这时，第686团第2营已经占领了老爷庙及其以北高地，对日军造成了夹击之势。日军组织起来疯狂向老爷庙发起反扑，企图夺取高地突围，但都被八路军击退。无奈，日军又从附近调集部队前来援救，并利用飞机作掩护再次向老爷庙发动攻击。但是，日军援军均被115师其他部队阻击于灵丘以北和以西地区。八路军第686团第2营在八路军两翼军队的帮助下，奋勇杀敌，不怕牺牲，连续击退日军的多次反扑，到下午1点多钟，将被围日军全部歼灭。
当日黄昏，八路军第343旅围歼日军后，除留下第686团第3营守卫老爷庙以北高地外，主力向东跑池的日军发动进攻。由于国民党军队没有按照原计划截击逃往东跑池的日军，致使该部日军逃脱。9月26日早晨，八路军主力撤出战斗。
平型关战役，八路军大获全胜，115师共歼灭日军精锐师团1000多人，击毁汽车100多辆，马车200多辆，并绵获了大量军用物资，取得中国抗日战争开始以来的第一个大胜仗。这也是八路军出师以来的首次胜利，鼓舞了全国人民的斗志，增强了中国人民抗战胜利的信心，提高了中国共产党和八路军在全国人民心目中的声望。
