抗日战争初期，八路军一一五师在平型关大败日寇，打破了日军不可战胜的神话，平型关也随之名声大振。然而，时至今日，有许多人还是没有搞清楚平型关战役与平型关大捷之间的关系，经常将平型关战役与平型关大捷混为一谈。
"七七事变"后，日本侵略者意图以强大兵力迅速占领太原及整个山西省。1937年9月11日，日军最精锐的第五师团进至河北蔚县，其一部西向山西广灵、灵丘进犯。广灵、灵丘一线的汤恩伯部十七军及七十三师与敌军鏖战8个日夜后，撤至平型关一线。第二战区司令长官阎锡山在长城一线布防御敌。以杨爱源为右路总司令，接替汤恩伯指挥；傅作义为左路司令，七十一师集结繁峙，七十二师集结代县，作为预备队。新编第二师至繁峙沙河待命，第十五军至凌云口一带策应。平型关一线布防完成。
这时红军刚刚改编为第八路军，归入第二战区序列，也在向山西前线开进。林彪、聂荣臻所部一一五师于9月14日抵达平型关南大营镇待命。周恩来、朱德、彭德怀多次与第二战区司令长官阎锡山、副司令长官黄绍竑、第十四集团军总司令卫立煌会谈，确定八路军不进行正面阵地防御，主要在敌军侧后进行游击战，击破敌后方交通线和兵站据点。
9月22日，日军二十一旅团在战军配合下向平型关阵地进攻，被我七十三师击退。23日，日军再次向平型关、团城口进攻，二十一联队企图绕过平型关。我军七十三师、八十四师、独立第八旅，与敌展开血战。
23日，阎锡山令傅作义部投入战斗与杨爱源联合指挥作战，金宪章新编第二师、郭宗汾七十一师、傅作义三十五军，向前线开进，令八路军一一五师自阵地右翼向北攻击平型关敌军侧背。此时，一一五师已经进至平型关东的冉庄、东长城村一线。由于我军力量增强，25日，我军将进占团城口将日军二十一旅团主力包围。
就在我军准备围歼敌二十一旅团主力的同时，八路军一一五师一个团及骑兵营向灵丘方向前进牵制敌人，24日夜，一一五师三个团冒雨在平型关东北山区设伏。以两个团截击和分割行进中的敌人，以一个团断敌退路，以一个独立团和骑兵营阻击敌人增援部队，以一个团为预备队。
25日晨，敌二十一旅团一部及辎重车队，沿灵丘至平型关公路向前线西进。7时许，全部进入我八路军一一五师伏击地域，我军全线突然开火，经过约6个小时的浴血奋战，至13时许战斗结束，计歼敌千余人，缴获步枪千余支，机枪二十余挺，击毁汽车百余辆、马车两百余辆。取得首战大捷，这就是著名的"平型关大捷"。平型关一一五师伏击成功，切断了日军的交通线，有力地支援了平型关正面的反攻。
平型关战斗结束后，八路军一一五师参战部队立即向平型关正面的东跑池日军逼近，并在当日黄昏抢占了东跑池周围的高地，将日军包围在东跑池一带的盆地。但是国民党军队却没有按照计划出击。国民党军队的怠战，使该地的日军未能被歼，平型关战斗的战果未能得到扩大。
八路军平型关伏击成功的同时，傅作义、杨爱源等部，加紧收缩围攻团城口敌军二十一旅团主力。日军第五师团长坂垣急令四十二联队、二十一联队向平型关增援。
27日至29日，双方在平型关展开激烈的争夺战，相持不下，死伤累累。敌关东军十五混成旅、第二混成旅、十川支队，驰援平型关二十一旅团。由于日军增援部队陆续到达，我军茹越口、铁角岭阵地失守，平型关正面阵地腹背受敌。9月30日夜，前线各部队奉命撤离。平型关战役结束。
平型关之战历时一个月（从9月3日制订作战计划到10月2日全线撤退），战场绵延数百里，我方投入兵力10多万人，达11个军，历经大小战斗数十次。日本军方却显然缩小了死伤人数，只在资料上记载，日军死伤8562人。
平型关战役是忻口会战的前期阶段，平型关战役也是"七七"之后，中国军队对日本侵略者最顽强的抗击，几乎将有"钢军"之称的日军二十一旅团全歼。虽然因敌增援解围，平型关战役最后没有取得胜利，但是却给气焰极为嚣张的日军以巨大的打击，让他们看到速战灭亡中国是不可能的。这也是第二次国共合作后，八路军与国民党军队的第一次配合作战。
平型关战役中八路军一一五师虽然没有进入正面战场，但是首战就取得了胜利，切断了敌人的交通线，有力支持了正面战场。
平型关大捷，从军事上说应该称为平型关战斗。战场实际上就是在由灵丘通往平型关方向的小寨、老爷庙和关沟一带和一条叫乔沟的深沟里，距离平型关口大概还有0?5公里。为了表述方便称平型关大捷。
从战役角度看，平型关战斗是配合平型关主战场的侧后伏击战，是全国抗战开始以来中国军队的第一个大胜利。歼灭的是日军二十一旅团的一个辎重部队1000余人，并不是整个的二十一旅团，更不是坂垣师团。由于八路军对日本军队的战法、战斗能力并没有感性认识，此战也损失上千经过长征的老战士及宝贵的弹药。
平型关战斗的意义，主要是在政治上的。八路军首战告捷，打破了日军不可战胜的神话；为友军树立了榜样，使全国人民看到了抗日战争的希望，对八路军抗战的重要作用有了认识。这次战斗，也使八路军认识到了日本军队的特点，取得了对日作战的经验与教训。从此，八路军坚定了游击战为主要战法的思想。
平型关战役是八路军与多派系国民党军队的第一次协同作战，这次合作的成功，为以后的国共合作共同抗日打下了良好的基础。