经过现地勘察,刘伯承确定了兵力部署:以第385旅第769团袭击黎城,并阻击涉县出援的日军;以第386旅在潞河村与微子镇之间的神头村以西山岭设伏,歼灭潞城出援的日军。据此,第386旅旅长陈赓率部于16日拂晓前沿神头岭上公路三面设伏。
3月16日4时,第769团第1营袭入黎城城内与日军展开激战,歼其百余人,于拂晓前即主动撤出城外,向西北乔家庄转移。同时,第769团主力在东黄须、西黄须击退由涉县驰援的日军;第771团特务连烧毁赵店镇公路大木桥,切断了黎城、潞城之间的交通。黎城受袭,潞城日军即以第16师团辎重部队林清队和第108师团辎重部队屉尾队,以及自卫队、骑兵共1500余人向黎城增援。8时30分,其先头分队汽车2辆、骑兵20余人通过神头岭,因赵店镇公路桥已毁,被阻于浊漳河边。9时,其本队进至神头岭地区,虽进行了侦察,却未发现隐蔽于公路两侧沟渠草丛中的设伏部队。
9时30分,当日军全部进入伏击地域时,埋伏于神头岭北侧的第771团从正面出击;埋伏于公路西侧的第772团和东侧的补充团实施夹击,将日军截成数段,展开白刃格斗。日军遭到突然袭击,顿时陷于混乱,且由于狭窄地形限制,兵力兵器难以展开,死伤惨重,队长屉尾中尉被当场击毙。日军残部逃至神头村内,凭借房屋、窑洞负隅顽抗。第386旅立即组织强攻。战至11时30分,日军除百余人逃回潞城外,其余全部被歼,浊漳河南岸的日军亦被第771团特务连歼灭。由黎城出援的日军,被阻于浊漳河北岸。由潞城两次出援的日军数百人,被第772团歼灭一部后撤逃。至16时战斗结束。
此战,八路军第129师以伤亡240余人的代价,毙伤日军1500余人,俘获8人,缴获长短枪550余支、骡马600余匹及大批军用物资,给侵入晋东南的日军以有力打击。
日军汽车部队的一名伍长在日记中写道:“第108师团这样的损失是从来没有的”。一名从战地侥幸逃脱的日本《东奥日报》随军记者,写了一篇《脱险记》的通讯,称神头岭之战是八路军的“典型游击战术”。
神头岭,成了日军的“伤心岭”。(新华社北京9月10日电)