抗日战争的烽火遍燃华北大地后，日军将重兵据守于山西省潞城，且将山西黎城设定为邯郸至长治公路线上的重要兵站基地，两城之间流淌着一条浊漳河而隔河相望。

1938年3月，八路军第一二九师接到八路军总部“侧击由河北省邯郸经东阳关向潞城、长治进犯的日军第一0八团”的任务。
随即，第一二九师师长刘伯承同政委邓小平马上商议对策，决定采用“吸打敌援”的战术，命令陈赓旅长率三八六旅为右翼，在潞河村与微子镇之间设伏，歼灭潞城出援的日军；派三八五旅七六九团为左翼，袭击黎城。
在这场战斗打响之前，师部并没有给陈赓设定详细的伏击战场。为此，3月3日，陈赓在接到命令后，迅速主持召开三八六旅团以上指挥员作战会议，具体讨论选择何处为伏击点以及怎么合理部署兵力等事宜，最后，经集思广益讨论，决定在潞城县东北的神头岭伏击日军。会毕，陈赓带领10余位八路军将士，策马疾驰前去察看道路与地形。

多亏前赴阵地考察，才发现实地跟地图上的出入还较大。图上显示公路在沟底，公路两边有山梁。然而，现地是公路不在沟底而在山梁上，山梁宽一二百米，路的两边没有任何隐蔽物，仅有一些国民党军队残留的破旧工事。 6park.com
亲眼目睹到这一切，有的同志发急，忍不住低声讲出心里的担忧：“这样的地形不利于打伏击呀。”
陈赓闻听后，没有急着表态，而是独自低头思索着，并且来回地在那些废弃工事边踱步观察，进一步认真打量着眼前的地形地貌与周围环境，仔细埋头记录着。
看过现场后，陈赓率一行人于夜幕降临前夕马不停蹄折回营地，继续召开会议，进一步商讨战略战术问题。待大家发表一通意见后，陈赓站起来，毫不含糊地说：“我看，这一仗还要在神头岭打。”
“神头岭？！”大家都不相信自己的耳朵，异口同声地喊了出来。

“对，就在神头岭打！”陈赓接着说：“一般来看，神头岭确实不是一个打伏击的好地方，我们这样认为，敌人肯定也会这样认为。地形不险要，敌人就会麻痹，这正是我们出其不意地伏击敌人的好地方。当然，打伏击嘛，要是有隐蔽接敌的地形那是最好，虽然那儿没有这些，但有国民党军队给我们留下的破旧工事，近的离公路几十米，最远也不过100来米，鬼子对这些东西早已司空见惯了，如果我们把部队提前隐蔽到工事里，敌人有可能发现不了。山梁狭窄，不利于我军展开，也不利于敌人展开。大家说说，在独木桥上打架对谁更有利？”
陈赓句句在理的一席话，使大家心里顿时敞亮了许多，会场上沸腾了起来。七七一团的团长徐深吉说：“这还用说，谁先下手谁占便宜呗。”补充团的团长韩东山接过话茬自信地笑言：“对呀，只要我们猛地杀出来，一定能把鬼子杀得落花流水，屁滚尿流的！”陈赓听后，转身微笑着问七七二团的团长叶成焕：“倘若将你的二营放在申家山，战斗打响以后，40分钟之内能不能冲到公路上来？”叶团长胸脯一拍，信心十足地大声说：“没问题！要不了40分钟，半个钟头就够了！”
听到这里，大家心里都明白了陈赓的部署：利用破旧工事在公路一侧设伏，战斗打响以后再让二营快速运动，绕过大沟，从另一侧攻击敌人，形成两面夹击之势，把鬼子堵在狭长的公路上，痛打猛揍。这时，细心的陈赓又想到另一个问题，潞城的日军有3000多人，如果倾巢而出，我们“啃下来”的难度太大，说不定还会使自己陷入被动，便转身对叶成焕说：“你马上派一个连，绕到潞城去开展游击，以分散鬼子的兵力。”

3月16日凌晨，担任“钓鱼”任务的七六九团开始对黎城发起攻击。同时，陈赓率领三八六旅主力进驻神头岭，埋伏在路边的工事内。上午8时，1500多日军到达了微子镇，陈赓得知这一消息，知道那个游击连显威风了，要不然，敌人不会只来这么多！8时半，日军到了神头村前，突然停了下来，派一支骑兵小分队沿一条放羊小路向七七二团一营的预伏阵地走去。20米、15米、8米……情况十分危险。
所幸日军马蹄快踩到八路军头上时停了下来，潜伏的八路军屏紧呼吸。然而，日军目光一直停留在远方的申家山，对脚下未看一眼，大摇大摆继续前进。
9点30分，日军全部进入八路军的伏击圈时，三八六旅的3个团从三面发起攻击，手榴弹雨点般落在日军队伍里，枪炮声、爆炸声响成一片；横飞的弹片、闪闪的火光、弥漫的硝烟、滚滚的黄土一起齐汇成愤怒火龙，把日军连同整条公路吞没了。
打这样的伏击战，数炮兵过瘾了。以前作战炮兵都在步兵后用间瞄射击，看不到炮弹炸敌的景象。这次炮兵跟步兵在一起，都在废弃的工事里，能直接看到敌人被炸死的惨状，炮手们个个精神抖擞，斗志昂扬，越发打得准、狠，简直是炮不虚发。

当日军伤亡过半时，三八六旅勇士们高呼着冲了上去，与日军展开肉搏战，日军大部分成了刀下鬼。一小股日军向西逃窜至神头村后，利用民房和窑洞负隅顽抗，妄图固守待援。陈赓察觉后，立即向紧靠村子的一个排发令：“立刻把村子夺回来！”
这个由蒲达义率领的排一向以勇猛善战著称，此次战斗中，他们同样也未辜负陈赓的期望。他们用机枪火力作掩护，一个班从正面进攻，两个班从侧面攻击，一个猛冲就连续攻占了两幢民房，以伤亡5人的代价打死打伤十几名日军，硬是把日军赶出村。散落在旷野的日军吓得像惊弓之鸟四处狼狈逃窜。11点30分，除100多名日军逃回潞城之外，八路军歼灭日军1400多名，俘虏日军8人，缴获长短枪550余支，而一二九师伤亡240余人。
神头岭伏击战是八路军继平型关、广阳伏击战后进行的又一次较大规模的歼灭战。日本随军记者也不得不称此战是八路军第一二九师的“典型游击战术”。