1938年2月中旬，日軍為配合其津浦路作戰，以3萬餘人的兵力，分别從平漢、同蒲、道清等鐵路線向晉南、晉西發動進攻。為鉗制向晉南進攻的日軍，1938年3月，劉伯承根據“日軍一處受襲，他處必定救援”的規律，決定圍城打援。由769團強襲黎城，由386旅伏擊潞城出援之敵。
386旅旅長陳赓接受任務後，于3月15日在旅部召開團以上幹部會，讨論在哪裡設伏合适。根據情報，此時潞城日軍增至3000人。陳赓說道：“饅頭大了，我們兵力不足，要是沒有一個好地方，這飯就不好吃了。”
會上通過分析情況，大家的眼睛都不約而同地集中到地圖上的一個地方：神頭嶺。那裡有一條深溝，公路正好從神頭村溝底通過，兩邊山勢陡峻，便于出擊，非常适合打伏擊戰。大家都望着陳赓，等他下結論。做事一向沉穩的陳赓卻問道：“你們誰去過神頭嶺？”大家都搖頭。陳赓笑了：“我們這不是紙上談兵嗎？靠國民黨的地圖吃飯，我們會餓肚子的。我看這樣，會議暫時開到這裡，我們去看看地形，再做決定好不好？”
到了神頭嶺，眼前的景象讓大家都愣住了。公路不在神頭村溝底，而是在一條幾公裡長的光秃秃的山梁上。山梁的寬度不過一二百米。路兩邊，地勢比公路略高，沒有任何隐蔽物，緊靠路邊，殘留着國民黨部隊以前挖的壕溝。山梁北側是一條大山溝，溝對面是申家山。山梁西部的神頭村隻有十來戶人家。這樣的地形顯然不适合埋伏。
但陳赓很快鎮靜下來，他反反複複勘察神頭嶺，讓幾名戰士埋伏在路邊修築的舊工事裡，自己到公路兩側觀察，見隐蔽的伏兵很難被發現。于是他一揮手，笑呵呵說：“走，回去繼續讨論。地形是死的，人是活的，想吃肉，還怕找不到殺豬的地方？”
回到旅部，會議繼續進行。大家有的主張在這裡打，有的主張在那裡打，七嘴八舌沒有一個結果。陳赓說：“我看這一仗還是在神頭嶺打好。”
衆人驚愕不已。
陳赓說：“雖然神頭嶺打伏擊不太理想，但是可以出其不意。我們把部隊埋伏在廢棄的壕溝裡，敵人是很難發現的。山梁狹窄，不便于雙方展開。請問：獨木橋上打仗，對誰有利？”
771團團長徐琛吉笑道：“當然是先下手者占便宜。”
陳赓說：“對，隻要我們突然下手，不利就會變成有利。”
陳赓又問772團團長葉成煥：“把你們2營放在申家山，四十分鐘能否沖上公路？”
葉成煥蠻有把握地說：“半小時保證沖到！”772團一向以快速著稱。
很快。伏擊的具體部署出來了：771團埋伏在公路左邊，772團1營埋伏在公路右邊。補充團埋伏在對面鞋底村一帶，772團3營擔任潞城方向警戒，斷敵退路。
為了做好隐蔽，避免日軍發覺，達到出奇制勝的目的，陳赓指令，各部隊不要挖動壕溝裡的舊土，踩倒的草一定要順着風向扶起來。
386團的作戰計劃很快得到劉伯承的準許。
當晚，386旅按計劃秘密進行設伏。
同時，強襲黎城的戰鬥也打響了。
黎城的日軍突遭八路軍猛烈進攻，急忙向潞城日軍求援。
黎城是日軍糧草兵員的運輸基地，位置偏遠，兵力少，潞城日軍不能不救。3月16日拂曉，潞城日軍發兵1500餘人向黎城進軍。
此時，386旅的設伏地卻被人意外發現。神頭村一個勤快的農民早起放羊，來到山後面，看到滿山坡都是埋伏的八路軍，頓時吓了一跳。幾個戰士朝這位農民揮手，示意他離開。這位農民明白八路軍可能有大行動，馬上若無其事的走開了。
8點半，日軍靠近神頭村時，突然停下來。然後派出一個騎兵小隊，沿着一條小道向772團1營的埋伏地搜尋。有的戰士能清楚地聽到越來越近的馬蹄聲。眼看他們一步步接近路邊壕溝，馬上就要踩到戰士的頭上，大家心裡都有點兒緊張。但是，敵人隻注意了遠處的申家山，對于腳下那些已經見慣了的工事根本沒放在眼裡。見申家山那邊沒動靜，便訓示後面的大隊人馬繼續前進。
當日軍大搖大擺地進入八路軍伏擊圈後，陳赓一聲令下，386旅的3個團從三面向日軍猛攻，成百成千的手榴彈在鬼子們的腳下炸裂，瞬間，平靜的山梁變成了一座火山。戰士們從工事裡、草叢裡一躍而起，沖進敵群，奮勇砍殺，一下子把敵人打的暈頭轉向。
但是，日軍的這支增援部隊裝備精良，戰鬥力極強，特别是它包括日軍第16師團的精銳部隊。雖然陷入絕境，仍然困獸猶鬥。
同日軍相比，八路軍的武器裝備極差，而且386旅的補充團還有三個新組建的連隊，新戰士幾乎都是拿着紅纓槍。但八路軍戰士英勇頑強，不怕犧牲。772團8連連長鄧世松，頭部和胸部都受了重傷，仍然與鬼子搏鬥，倒下之前還扔了一顆手榴彈。772團1 營一個戰士負傷，他用毛巾包紮傷口，一口氣刺死六個鬼子，臨死前還把刺刀插進鬼子的肚子裡。因為多數地段是近距離肉搏戰，補充團的戰士們正好利用紅纓槍與日軍拼殺。
有300多個日軍逃到了神頭村，占據房屋和窯洞固守待援。陳赓看到這一情勢，及時派出能打硬仗的772團7連1排，要他們不惜一切代價，把神頭村奪回來。20餘人的1排在排長帶領下，一個猛沖，以傷亡5人為代價，把數百日軍趕出了村子并擊斃10多人。
戰鬥從拂曉開始，到當日下午四點結束，殲滅1500多日軍，繳獲長短槍550餘支，騾馬600餘匹，以及其他大批軍用物資。而我軍隻付出240多人的傷亡代價。
神頭嶺伏擊戰，由于部署精細，善于隐蔽，适時出擊，近戰殲敵，速戰速決，成為陳赓将軍的神來之作。