1938年2月中旬，侵华日军以其第14、第16、第20、第108、第189师团各一部，共 3万余人，从平汉、同蒲、道清等铁路线，向晋南、晋西发动进攻，第108师团沿邯长大道向西进犯，2月15日占领涉县城，随后又占领黎城、潞城、长治、屯留、长子等县。面对敌寇的进攻，华北国民党军队纷纷弃城而逃。

3月8日，129师首长根据当时情况拟定了“在黎城东阳关、涉县之线，寻求机会歼敌”的作战方针，并开始进行必要的作战准备。邯长公路是晋东南的敌军从平汉线取得补给的主要交通线，沿线各县城都有敌军驻守。涉县驻敌400余人，黎城驻敌1000余人，黎城是敌第108师团的重要兵站基地，潞城驻敌3000余人，沿线日军运输车辆来往频繁。129师首长根据敌一处受袭他处必援的规律，决定以袭打援战术，在神头岭地区伏击歼敌。以第771团主力埋伏在张庄、王家庄以东公路两侧，正面阻击敌人，并以一个营位于申家山，作为预备队；团特务连前伸至潞河村，向黎城方向警戒，并破坏赵店木桥，断敌交通，确保主力歼敌；以第772团主力埋伏在1187高地和神头岭西侧，对敌实施主要突击，利用旧工事严密伪装隐蔽：以第3营(欠一个连)在李家庄以东，准备适时出击，断敌退路；以一个连伸至潞城东北1505高地袭扰潞城之敌，使敌不敢倾巢出援；另一个排在余庄，保障主力侧后安全：以补充团埋伏在薛家庄、安南岭以西地区，从公路东侧突击敌人，另派一支部队截击涉县之敌援助黎城。

3月14日4时，我第769团第1营突入黎城城内，与敌展开激战。战至9时许，在得知潞城、黎城及涉县之敌均己出援之后，即主动撤至黎城西北乔家庄地区。驻涉县之敌闻黎城被袭，数百人乘汽车前往增援，被我第769团设伏部队迎头阻击，该敌即向涉县回撤。

潞城之敌得知黎城被袭，随即抽调步骑兵1500余人向黎城增援。8时30分，敌先头分队乘汽车2辆和骑兵20余人，沿公路通过我设伏地区向黎城开进，我伏击部队按计划将敌放过。当敌主力完全进入我设伏区后，我各部队向敌突然开火，发起攻击。第771团拦头，第772团第3营断尾，第772团主力和补充团从公路两侧向敌突击，顿时将敌截为数段。敌在我突然打击下，阵脚大乱，指挥失措，四处奔逃。激战半小时，日军大部被我交叉火力和手榴弹杀伤消灭。除百余人由潞城方向逃跑外，其余全部被歼。此时，先前越过我伏击地区进到浊漳河南岸之敌也被我第771团特务连歼灭。当神头岭围歼战激烈进行之时，黎城之敌一部曾向神头岭方向增援，遭我特务连阻击。13时，潞城留守之敌慌忙增援，被我第772团歼灭于神头村以南。14时，敌又出动百余人来援，大部被我军歼灭，其余窜回潞城。

至16时，神头岭伏击战胜利结束，此役共毙伤俘敌1500余人，毙伤和俘获骡马600余匹，缴获各种枪支300余件，击毁敌汽车百余辆。