1938年3月16日，八路军一二九师发起神头岭伏击战，不仅策应了一一五师、一二师在晋西地区的作战，而且有力地牵制了日军向黄河南岸的进攻，大大提高了抗战军民的信心。参加此次战斗的有六师前身部队之一的七七一团，该团机枪连战士曾继富曾任兵团副司令员。
邯长公路是日军从（北）平汉（口）铁路取得补给的重要交通线，消灭这里的敌人，就意味着切断了日军的运输补给线。潞城和黎城是日军在邯长公路上的重要基地，两地之间多为丘陵。一二九师师长刘伯承、政委邓小平根据日军“一处受袭、他处必援”的作战规律，决定利用这一有利地形，首先攻打守备较为空虚的黎城，诱使潞城敌军出兵增援，然后于途中将其歼灭。神头岭位于黎城与潞城之间，成为伏击日军的首选之地。
贯穿神头村有一条南北走向的公路，原先地图上标注的是位于山沟内，但八路军经过实地侦察后，却发现是在山岭上。神头岭地形开阔，不便隐蔽，但公路两侧有一些旧工事可以利用。据此，三八六旅旅长陈赓当即调整部署，命七七一团主力埋伏在张庄、王家庄以东公路两侧，正面阻击敌人。该团一个连至潞河村，向黎城方向警戒，并破坏赵店镇公路木桥。七七二团主力埋伏在神头村西侧，隐蔽在旧工事内，对敌实施突袭。该团三营在李家庄以东，准备适时出击，断敌退路。同时，派兵至潞城东北袭扰潞城之敌，使敌不敢出城援助。另外，还派出20余名战士至潞城西南监视长治方向的日军。
1938年3月16日凌晨4时，三八五旅七六九团一营突袭黎城，摆出要攻城的架势。涉县之敌闻讯，迅速出动数百人驰援黎城。七六九团主力则在黎城东侧的黄须村击退涉县来援之敌。
黎城受袭，涉县援军受阻，潞城日军急派十六师团林清部队和一八师团笸尾部队共1500余人，向黎城增援。
8时许，其先头分队汽车2辆、骑兵20余人通过神头岭。此时，七七一团一个连已烧毁赵店镇公路木桥，切断了黎城、潞城之间的通道，将日军先头分队困在浊漳河南岸。之后，日军先头分队被歼灭。
9时，增援日军行进到神头岭附近，他们虽进行了侦察，但是没有发现我军。半个小时后，日军增援主力部队完全进入三八六旅的伏击圈内，八路军开始收缩“口袋”。七七一团主力于神头岭北端迎头截击敌人。七七二团从公路两侧对敌实施夹击，切断敌人退路。日军在东、西、北三面同时遭到我军打击，如瓮中之鳖，插翅难逃。
神头岭伏击战持续了7个多小时，歼灭日军近千人，缴获骡马600余匹、枪550余只，成为八路军“围城打援”的经典战例之一。