“洪水太急，强渡可能会造成不必要的牺牲。让剩下的部队作为预备队，缓行待进吧。”林彪同意了聂荣臻的意见。
天亮前，一一五师终于到达指定阵地。按照作战计划，一一五师大部分兵力隐蔽于东南山地，同时派一支部队穿过沟底通道，占领河南镇以北的一处高地，造成居高临下、两面夹击之势。林彪将师指挥所设在沟道东南的一个山头上，在那里，通过望远镜，可以鸟瞰战场全景。
清晨，大雨初歇，群山一片寂静，几株孤零零的小树在秋风中冷得发抖。7时左右，沟道上传来隐隐约约的马达声。不一会儿，一百多辆汽车隆隆地开进沟道，汽车后又是二百多辆大车，再后面是驮着炮弹的骡马和骑兵。总共四千多名日军士兵在太阳旗的引导下，大摇大摆地走进了林彪布下的口袋。
这时，伏击部队的报告不断传进师指挥所。当日军已全部进入一一五师的埋伏圈后，林彪立即下令：
“攻击开始！”
随着林彪一声令下，顿时，机枪、步枪一齐开火，枪炮声响彻山谷。八路军的突然发起攻击，使日军措手不及，指挥系统一时失去指挥，只得仓促应战。
板垣二十一旅团毕竟是一支有丰富战斗经验的部队。他们很快从懵懂中清醒过来，疯狂地进行反扑。日军官佐举着军刀拼命地嗥叫，试图组织反冲锋抢占高地。双方展开了血战，白刃对刺，刀光血影，不断有人倒下。他们用拳头，用牙齿，用石头，拼命想消灭对方，直到力尽命殒。
残酷的战斗一直持续到当日正午。日军终于抵御不住从未遇过的八路军的猛烈攻击，弃下一千多具尸体，落荒而逃。
平型关战斗，八路军一一五师歼敌板垣师团第二十一旅团一千余人，炸毁日军汽车一百余辆，大车二百多辆，缴获炮弹二千多发，机枪二十余挺，战马五十多匹，步枪千余支，其他辎重物资不计其数，取得了抗战以来第一次对日作战的辉煌胜利。一一五师的胜利，打破了日军“不可战胜”的神话。
平型关大战获得重大胜利的消息，很快传遍全国各地。各党派、各阶层发来的贺电、贺信如同雪片一般飞来，以“抗战领袖”自居的蒋介石也致电表示庆贺。
一夜之间，林彪的名字家喻户晓。“抗日英豪”、“民族英雄”、“无敌元帅”、“常胜将军”等等桂冠挤满了全国各大报刊的头版头条。特别是当人们得悉这位英雄的八路军师长尚未婚娶时，多少年轻美貌的少女把这位浓眉毛的师长的形象埋在心里，编织出无限美妙的春梦。
“鞭敲金铠响，人唱凯歌还。”当林彪率部来到五台县时，万人空巷，盛况空前，全城人聚集城外，争相一睹抗日将士的丰采。佛教圣地之一的五台山上的僧人们也身披袈裟，手执长笛短箫，奏起了欢迎的梵乐。
