就在115师张网以待的时候，一直做着“皇军不可战胜”美梦的日军坂垣第五师团通过侦察，得知民党部队在平型关一带集结兵力，意图阻止其向太原前进。
但他们怎么也没料到八路军和民党军会密切合作起来组成前后两个战场，更没有料到配合民党军作战的后方战场上的八路军此时已在平型关外严阵以待。
骄狂的日军一切仍照计划进行，25日拂晓，日军第五师团第21旅团的辎重部队载着大批物资的车辆，沿灵丘至平型关公路西进，于七时许全部进入平型关115师的伏击圈。
115师居高临下，有备而来，马上向日军发起迅猛的攻击。刹那间，八路军将士犹如神兵天降，公路两旁的伏军冲向公路，把敌人截成数段，打得日军一时慌了手脚。
日军得知21旅团的辎重部队被115师伏击后，增援部队马上行动起来，一支两千多人的部队迅速前去救援。
得知情况后，115师指挥部命令充当预备队的345旅前去阻挡这股敌军。临行时，林帅对旅长杨成伍说：“你们如不能把敌人的援兵挡住，平型关之战就胜负难料。所以，你们必须全力以赴，死死顶住敌人。”
25日下午4时，经过惨烈的激战，115师全歼被围之敌，取得战斗的胜利。后来，日军第五师团的野战仓库主计岛尾又治郎关于战场的记述是：无论在烧焦的卡车四周，还是在背后丘陵的斜坡上，都横七竖八地躺着无数十分可怜的日军士兵的尸体……
战役进行的同时，八路军还组织游击支队，挺进晋北敌后，发动群众，开展游击战争，截击运输，破坏交通，寻机歼敌。此外，首战告捷，为中国守军夺得了忻口从容布防的宝贵时间。
八路军在平型关抓住战机，侧击日军，旗开得胜，戳穿了日军“不可战胜”的神话。一时间，全国各界给工农党和八路军发出的贺信、贺电，达百余件之多。
常凯申26日致八路军电中说：“25日一战，歼寇如麻，足证官兵用命，深堪嘉慰。尚希益励所部，继续努力。”
魔都市职业界救亡协会28日致电八路军称：“贵军受命抗敌，立奏奇功，挽西线垂危之局，破日寇方长之焰。捷报传来，万众欢腾。谨电驰贺。”
第二战区战地动员会主任续范亭著文称赞道：“谨按平型关战役，八路军的大捷，其估量不仅在于双方死亡的惨重，而在于打破了‘皇军’不可战胜的神话，使日军锐气挫折，不敢如前那样长驱直进，提高我们的士气。”
张城看着八路军总部发过来的捷电通报，脸上也是充满着羡慕之色，115师不愧是红一军团出身的老底子，原本历史上就非常英勇善战，其军官干部团就连张城也垂涎三尺。
如今在自己蝴蝶翅膀的加持下，115师实力比历史上还要强出一倍，原本杨成伍应该带领一个独立团前去阻击日寇援军，后因敌众我寡，独立团全军覆没，仅有百人幸免。
如今杨成伍却带着一个整旅六千多人前去阻击敌人，结果不仅消灭日军援兵近千人，自身也仅伤亡八百人，比历史上独立团全军覆没的结果强多了。
平型关战役，八路军115师歼灭日军2000人，击毁敌汽车100余辆，缴获九二式步兵炮1门，炮弹2000余发，机枪20余挺，步枪1000余支及大批食品、衣被。
此外，115师也付出了伤亡1500余的代价，800多位战士长眠在晋北这块热土上。
看完电报，张城也不禁感叹日军老牌师团的强悍战斗力，115师投入战斗的兵力多达两万人，日军参战部队仅有4000余人，敌我兵力之比几乎达到1比5，再加上平型关这么好的伏击阵型，竟然给115师造成了超过1500人的伤亡，而且阵亡还占据大多数，第五师团的战斗力由此可见一斑。
林帅在战后总结中也特别指出，我八路军将士在日后的抗战中还是多打伏击战、游击战，切忌不可和日军硬碰硬。
显然，日军强大的战斗力对林帅产生了极大的影响，让一向推崇大兵团作战的他也转变了思维，把对日寇的作战战术从大兵团运动战转为小部队分散打游击。
正当八路军各路部队纷纷越过黄河赶赴晋北抗日战场时，八路军兵力最多，战力最强的教导师却一直按兵不动，这令得一向沉稳的张城也不禁烦躁了起来。
张城想到忻口会战马上就要来临了，自己不能在此坐等战斗命令，得主动请缨才是啊。想到便做，张城向统帅发了一封长约五百字的电报，积极向统帅请战。
收到张城的电报后，统帅对张城的求战之心无疑是非常满意的，可统帅却知道张城喜欢大兵团作战，大搞什么运动战、伏击战、特种作战，这些战术对付武器落后、战斗意志薄弱的民党军自然问题不大，可对强大的日军是否还会产生效果，这非常值得统帅怀疑。
所以，统帅一直想压一压张城的锋芒，八路军各部都已经开出抗日战场了，只有实力最强大的教导师还憋在根据地中。
不过平型关战役的结果已经出来，想必张城已经意识到日军的强大，此时教导师出战应该能吸取115师的教训，不会猛冲猛打。
统帅思量再三，觉得张城的求战之心不宜打压太过，否则部队失去锋芒反而得不偿失，所以统帅最后还是同意了张城的积极请战，命令教导师加入了八路军开赴晋北作战的序列。
张城接到统帅同意教导师参战的电令，欣喜若狂的他情不自禁地跳了起来，接着马上通知师部党委成员，紧急制定进军路线，研究作战部署。
政委、李云龙、丁伟等人得知总部批准教导师出战之后，无不激动异常。老实说，这两个月来教导师官兵们老是看其他兄弟部队和日军交战，他们早就被憋出内伤了，如今统帅终于命令教导师出征，顿时人人都如吃了兴奋剂一般，兴奋得不得了。
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