麵對日本侵略軍的猖狂進攻，國民黨政府確立了進行抗日的方針，這就為抗日民族統一戰線的建立提供了有利的條件。在這種情況下，國共兩黨談判進展迅速。1937年8月22日，國民政府正式發布了改編紅軍為國民革命軍第八路軍。
9月23日，剛剛誓師抗日的八路軍115師得到情報：日軍精銳部隊板垣師團大隊人馬將向平型關進犯。平型關是長城要隘之一，是通往山西省會太原的必經之路。師部當即作出決定，以全師主力伏擊敵軍，地點選在平型關東側的老爺廟。
115師686團團長李天佑接到命令，立即帶著他的隊伍連夜奔赴目的地。天上沒有星星，四周黑漆漆的，天又下起了大雨，部隊行進在山溝小道上，深一腳淺一腳地走著，但卻絲毫不敢放慢速度。
戰士們抖擻精神，加快步伐，奔向目的地。天蒙蒙亮時，部隊終於趕在日軍到達前，來到老爺廟山腳下。
老爺廟建在公路北一座300米高的大山腰上，孤零零的，非常顯眼，是控製公路兩端的製高點。這時，平型關方向的炮聲一陣緊似一陣。李天佑覺得要爬上老爺廟，占領製高點恐怕已經來不及了，即下令部隊隱蔽起來，分散在公路兩側的幾塊麥田裏和樹林坡間。果然不出所料，隊伍剛埋伏下來，前邊山溝裏就傳來了汽車的馬達聲。
先過來的是敵人的汽車隊，每輛車都裝滿了軍用物資，足足有100多輛。汽車過後是200多輛馬車，接著是少數騎兵。隊伍長長的，車聲隆隆，馬蹄得得，聲勢十分浩大。因為下了半夜的雨，公路上有的地方泥漿很深，不好走，日軍前麵幾十輛汽車停了下來。後麵的日軍還在往前擠，人馬和車輛擠作一起。李天佑聽到哨兵肯定敵人全進了伏擊圈的回答，他興奮地撂下話筒，命令參謀馬上向師部報告。不一會兒，參謀就奔了回來，興奮地傳達師部關於立即攻擊的命令。
李天佑緊緊抓住話筒，大聲命令1營道：“攻擊開始，給我狠狠地打！”刹那間，公路南山搖地動起來。子彈、炮彈、手榴彈帶著戰士們滿腔仇恨飛向敵群。聰明的八路軍戰士首先用手榴彈炸毀了敵人最後一輛汽車，使他們不能從原路逃回。敵人猝不及防，突遭襲擊，幾千人的部隊在短狹的山穀裏亂作一團。他們隻得慌忙躲在汽車後麵或趴在地上負隅頑抗。此時，李天佑突然接到師部命令；衝過公路，把公路上的敵人分割開來，各個消滅。同時用一個營的兵力搶占老爺廟，居高臨下，把敵人幹淨、徹底地消滅在溝裏。因為敵人有400多人，大塊不容易消滅。
李天佑命令3營切斷公路，向老爺廟出擊。戰士們像是突然從地裏鑽出來似的竄出坡地，躍上了公路。日本鬼子猜到了八路軍的意圖，一麵用機槍向衝上公路的戰士拚命掃射，一麵卻調撥人馬占據老爺廟製高點。