１９３９年１０月下旬，日军华北方面军第１１０、第２６师团，独立混成第２、第３、第８旅团各一部共２万余人，分多路对晋察冀抗日根据地北岳区进行冬季“扫荡”。１１月３日，由涞源城出动的日军独立混成第２旅团独立步兵第１大队主力，被八路军部队歼灭于雁宿崖。晋察冀军区第１、第３军分区针对日军每遭歼灭必急于报复的特点，迅即做好连续作战的准备，隐蔽待机。４日晨，日军独立混成第２旅团旅团长阿部规秀中将率独立步兵第２、第４大队共１５００余人，再次向雁宿崖、银坊方向急进，企图寻歼第１军分区主力。晋察冀军区即令第１军分区司令员兼政治委员杨成武统一指挥第１、第３、第２５团，游击第３支队，第３军分区第２团，第１２０师特务团等，共６个多团的兵力，在民兵配合下，先以少数兵力调动、激怒日军，再将其诱至有利地形予以歼灭。

日军于４日夜到达雁宿崖村。５日晨，日军进至张家坟一带，游击第３支队、第１团各以一部节节抗击诱其深入；第２５团、游击第３支队各一部，前出至涞源城东五回岭、浮图峪，城西灰堡、石佛袭扰和迷惑日军。当晚，日军主力进至司各庄等地，扑空后即大肆烧杀抢掠。６日，日军在游击队的诱击下，于黄昏进抵黄土岭。杨成武决心于黄土岭东北上庄子至寨头之间狭谷伏击日军。遂以第１团及第２５团一部并加强第１军分区炮兵连占领寨头东南、西南高地；第３团占领上庄子东南高地；第２团占领黄土岭东北高地；特务团由神南庄北进，从黄土岭东南方向加入战斗。当夜，日军发现黄土岭西北有八路军部队活动，感到有被围歼的危险。７日晨，阿部规秀率部冒雨向上庄子、寨头方向边侦察、边交替掩护前进，以避开八路军主力，绕道返回涞源城。但却始终未能发现两侧高地上的数千名伏兵。１５时，当其全部进入设伏地域时，预伏的第１团、第２５团一部迎头阻击，第３团和第２团分别从西、南、北三面包围，展开猛烈攻击。日军猝不及防，急忙抢占上庄子东北高地，并向寨头阵地反扑，双方展开激烈的山地争夺战。１６时许，第１团指挥员发现在黄土岭与上庄子之间的一座独立家屋附近有多名日军指挥官活动，即令迫击炮连对准目标轰击，阿部规秀被击毙。经数小时激战，日军被歼过半，余部被压至上庄子附近狭谷底部。当夜，日军残部连续突围十余次，均被击退。

与此同时，驻涞源、蔚县、易县、满城、唐县、完县的日军第１１０、第２６师团及独立混成第２旅团余部分路向黄土岭方向增援。各县区游击队广泛开展袭扰活动，以牵制增援的日军。８日，被围日军在５架飞机掩护下，向上庄子西北方向突围。第１团和第２５团一部把突围的日军拦腰截断，并包围了被阻截在上庄子的２００余名日军。约４００名日军突围至上庄子西北高地，继续向司各庄方向逃跑。第２团从右翼、第３团和特务团从左翼迂回追击，与逃跑日军展开激战。为避免陷入增援之敌的重围，在给突围和被围日军再次杀伤后，晋察冀军区和第１２０师参战部队撤出战斗。

这次战斗，毙伤日军９００余人，缴获大量军用物资，打击了侵华日军的疯狂气焰。独立混成第２旅团是日军的精锐部队，毕业于日本帝国陆军大学的阿部规秀号称精通山地战的“名将之花”。击毙日军中将指挥官，在中国人民抗战史上是第一次，为此举国庆贺。而敌人则痛心疾首，日军华北方面军司令官多田骏哀叹：“名将之花凋谢在太行山上”。