10月17日，八路军部队秘密抵达王庄和秦庄，由贺炳炎团长和廖汉生带领连级干部在黑石头沟附近进行侦察，规划伏击部署并安排了道路破坏工作。18日凌晨5时，部队沿着山间小径向南山脚下的黑石头沟挺进。此地地势南低北高，汽车路沿沟而上，尽头有一座小石桥，为理想的伏击地点。
上午9点，八路军抵达沟西侧山头，迅速展开伏击。日军车队拖着烟尘从南向北驶来，据观察哨报告，大约有百辆，指挥所可见二三十辆。车队首部载有伤兵和士兵，后部则是空车。车队缓慢驶过小石桥，进入伏击区。贺炳炎团长一声令下，火器齐发，步枪和机枪交织成密集火力网，迫击炮精准打击目标。头几辆车起火爆炸，敌兵仓皇跳车。在冲锋号的引导下，3营突击连如猛虎下山，后续连队也紧随其后。战斗激烈，日军被逼入乱石沟中。
贺炳炎团长和廖汉生亲自指挥战斗。不久，警戒分队报告又有日军车队从广武方向赶来，满载物资和士兵。警戒分队对车队进行阻击，但日军调整战术，对八路军构成威胁，敌机也加入战斗。八路军被迫撤退，伤亡加剧，贺炳炎团长和警卫员受伤。尽管如此，八路军仍确认了伏击战果，击毁敌车二三十辆，击毙伤敌200多名。战斗中，11连政治指导员胡觉三牺牲，50位同志未能撤出。
烈士们的英勇牺牲振奋了军心，雁门关一战打破了日本不可战胜的神话，证明了八路军能够战胜敌人。战后，部队返回老窝村，向师部报告胜利，并调整了部署。两天后，八路军在雁门关西边设下新伏击点，对北向南的日军运兵车队进行打击，吸取前战经验，破坏了公路和桥梁。20日的战斗中，日军被迫下车谨慎行进，八路军在给予火力袭击后撤退，将抗战旗帜插在了雁门关上。
雁门关大捷 抗日战争时期，八路军第120师第358旅第716团在山西省代县雁门关地区对日军汽车运输队进行的伏击战斗。两次伏击战斗，共毙伤日军500余人，击毁汽车30余辆，一度切断繁峙至忻口间交通，配合了国民党军的忻口防御作战。