1938年2月中旬，日军为配合其津浦路作战，以3万余人的兵力，分别从平汉、同蒲、道清等铁路线向晋南、晋西发动进攻。为钳制向晋南进攻的日军，1938年3月，刘伯承根据“日军一处受袭，他处必定救援”的规律，决定围城打援。由769团强袭黎城，由386旅伏击潞城出援之敌。
386旅旅长陈赓接受任务后，于3月15日在旅部召开团以上干部会，讨论在哪里设伏合适。根据情报，此时潞城日军增至3000人。陈赓说道：“馒头大了，我们兵力不足，要是没有一个好地方，这饭就不好吃了。”
会上通过分析情况，大家的眼睛都不约而同地集中到地图上的一个地方：神头岭。那里有一条深沟，公路正好从神头村沟底通过，两边山势陡峻，便于出击，非常适合打伏击战。大家都望着陈赓，等他下结论。做事一向沉稳的陈赓却问道：“你们谁去过神头岭？”大家都摇头。陈赓笑了：“我们这不是纸上谈兵吗？靠国民党的地图吃饭，我们会饿肚子的。我看这样，会议暂时开到这里，我们去看看地形，再做决定好不好？”
到了神头岭，眼前的景象让大家都愣住了。公路不在神头村沟底，而是在一条几公里长的光秃秃的山梁上。山梁的宽度不过一二百米。路两边，地势比公路略高，没有任何隐蔽物，紧靠路边，残留着国民党部队以前挖的壕沟。山梁北侧是一条大山沟，沟对面是申家山。山梁西部的神头村只有十来户人家。这样的地形显然不适合埋伏。
但陈赓很快镇静下来，他反反复复勘察神头岭，让几名战士埋伏在路边修筑的旧工事里，自己到公路两侧观察，见隐蔽的伏兵很难被发现。于是他一挥手，笑呵呵说：“走，回去继续讨论。地形是死的，人是活的，想吃肉，还怕找不到杀猪的地方？”
回到旅部，会议继续进行。大家有的主张在这里打，有的主张在那里打，七嘴八舌没有一个结果。陈赓说：“我看这一仗还是在神头岭打好。”
众人惊愕不已。
陈赓说：“虽然神头岭打伏击不太理想，但是可以出其不意。我们把部队埋伏在废弃的壕沟里，敌人是很难发现的。山梁狭窄，不便于双方展开。请问：独木桥上打仗，对谁有利？”
771团团长徐琛吉笑道：“当然是先下手者占便宜。”
陈赓说：“对，只要我们突然下手，不利就会变成有利。”
陈赓又问772团团长叶成焕：“把你们2营放在申家山，四十分钟能否冲上公路？”
叶成焕蛮有把握地说：“半小时保证冲到！”772团一向以快速著称。
很快。伏击的具体部署出来了：771团埋伏在公路左边，772团1营埋伏在公路右边。补充团埋伏在对面鞋底村一带，772团3营担任潞城方向警戒，断敌退路。
为了做好隐蔽，避免日军发觉，达到出奇制胜的目的，陈赓命令，各部队不要挖动壕沟里的旧土，踩倒的草一定要顺着风向扶起来。
386团的作战计划很快得到刘伯承的批准。
当晚，386旅按计划秘密进行设伏。
同时，强袭黎城的战斗也打响了。
黎城的日军突遭八路军猛烈进攻，急忙向潞城日军求援。
黎城是日军粮草兵员的运输基地，位置偏远，兵力少，潞城日军不能不救。3月16日拂晓，潞城日军发兵1500余人向黎城进军。
此时，386旅的设伏地却被人意外发现。神头村一个勤快的农民早起放羊，来到山后面，看到满山坡都是埋伏的八路军，顿时吓了一跳。几个战士朝这位农民挥手，示意他离开。这位农民明白八路军可能有大行动，马上若无其事的走开了。
8点半，日军靠近神头村时，突然停下来。然后派出一个骑兵小队，沿着一条小道向772团1营的埋伏地搜索。有的战士能清楚地听到越来越近的马蹄声。眼看他们一步步接近路边壕沟，马上就要踩到战士的头上，大家心里都有点儿紧张。但是，敌人只注意了远处的申家山，对于脚下那些已经见惯了的工事根本没放在眼里。见申家山那边没动静，便指示后面的大队人马继续前进。
当日军大摇大摆地进入八路军伏击圈后，陈赓一声令下，386旅的3个团从三面向日军猛攻，成百成千的手榴弹在鬼子们的脚下炸裂，瞬间，平静的山梁变成了一座火山。战士们从工事里、草丛里一跃而起，冲进敌群，奋勇砍杀，一下子把敌人打的晕头转向。
但是，日军的这支增援部队装备精良，战斗力极强，特别是它包括日军第16师团的精锐部队。虽然陷入绝境，仍然困兽犹斗。
同日军相比，八路军的武器装备极差，而且386旅的补充团还有三个新组建的连队，新战士几乎都是拿着红缨枪。但八路军战士英勇顽强，不怕牺牲。772团8连连长邓世松，头部和胸部都受了重伤，仍然与鬼子搏斗，倒下之前还扔了一颗手榴弹。772团1 营一个战士负伤，他用毛巾包扎伤口，一口气刺死六个鬼子，临死前还把刺刀插进鬼子的肚子里。因为多数地段是近距离肉搏战，补充团的战士们正好利用红缨枪与日军拼杀。
有300多个日军逃到了神头村，占据房屋和窑洞固守待援。陈赓看到这一情势，及时派出能打硬仗的772团7连1排，要他们不惜一切代价，把神头村夺回来。20余人的1排在排长带领下，一个猛冲，以伤亡5人为代价，把数百日军赶出了村子并击毙10多人。
战斗从拂晓开始，到当日下午四点结束，歼灭1500多日军，缴获长短枪550余支，骡马600余匹，以及其他大批军用物资。而我军只付出240多人的伤亡代价。
神头岭伏击战，由于部署精细，善于隐蔽，适时出击，近战歼敌，速战速决，成为陈赓将军的神来之作。