1937年9月23日，李天佑接到八路军115师的通知，命令他率领686团到山西灵丘县城南平型关东侧乔沟一线，要在这里痛击不可一世的日本侵略军，打一次伏击战。指令李天佑686团和杨得志685团担任此次战役的主攻任务。   

李天佑

平型关位于山西北部古长城下，自古以来是晋、冀两省的重要隘口，关内关外群山峥嵘、沟谷深邃。关前有一条公路，蜿蜒其间，直通灵丘，地势十分险要，是敌板垣师团21旅团侵占平型关的必经之路。 

平型关战役

担任主攻任务的李天佑686团的指挥所设在坡坎下，前面是公路，两旁是山峦。在两翼已埋伏重兵，东侧是687团，西侧是685团。李天佑指挥的686团在中间，任务是攻击发起后,两侧的部队截头断尾时，迅速拦腰打下去，分割消灭敌人。   

9月25日上午7时，日军板垣师团21旅团的辎重和后卫部队2000多人，还有百余辆汽车载着日本兵和军用物资在前面开路，200多辆大车骡马炮队随后跟进，接着是骑兵，如入无人之境，大摇大摆地开进了山沟公路。大概是公路凸凹不平不好走，日军几十辆汽车在辛庄至老爷庙之间停留下来，而西进的敌军又继续向前拥，人马挤成一团，这正是开火的好时机。李天佑立即将这一情况向师部报告，并建议乘机发起攻击，得到了师部批准。李天佑立即给部队下达了“攻击开始”的作战命令。霎时间两侧山岗顿时怒吼起来，暴风雨般的枪声和手榴弹爆炸声掀起了天崩地裂的冲击波，覆盖到日军头上，把拥塞在公路上的日军打得人仰马翻，纷纷藏到汽车底下，龟缩起来。  

 师指挥部在电话里指示李天佑，要沉着点，敌人比较多，也比较强，战斗不会马上结束。然后又指示说，我们包围了敌人一个旅团，有4000多人，块大，不好一口吃掉，你们一定要冲下公路，把敌人切成几段，用一个营抢占老爷庙，拿下这个制高点，这样我们就可以居高临下，把敌人消灭在沟里。   

这时，枪炮声更加激烈了，李天佑立即命令3营向老爷庙冲去。此时，686团1营已经占领了老爷庙左侧高地，正在与爬上老爷庙高地的日军交火。3营长立即带部队，朝对面的老爷庙山头冲。刹时，冲杀声震撼了山谷。日军惊慌失措，四处乱窜，但他们很快清醒过来，组织火力拦阻我军。我军的火力压不住敌人的火力，冲上去的战士一个个倒下。在这千钧一发之际，李天佑命令侧翼连队加紧攻击，吸引敌人火力，支援3营冲锋。山沟里的3营战土奋不顾身与敌人拼杀肉搏，此时，2营长率两个连冲了过来，继续攻击老爷庙，敌人顶不住了，5连3排率先杀上山头，把红旗插上制高点，立即从两面居高临下打击敌人。  

 日军指挥官挥刀狂叫，指挥日军争夺老爷庙制高点。此刻，敌人的大炮和骑兵已失去作用，只有穿着皮鞋的步兵散乱地往山上爬。而我军则沉着应战，等敌人爬得上气不接下气时，突然猛烈开火，打得日军连滚带爬退了回去。  

 这时，几百日军反复对老爷庙发起攻击，日军飞机也贴近山头低空盘旋助威，但均遭失败。日军企图向西突围，重新集结力量冲锋。685团坚守在古道两侧，象一把铁钳阻击敌人，打得日军龟缩到汽车底下。战斗一直打到下午1时，这时687团攻上来了。李天佑看到日军后面的部队开始乱了，便命令部队加强火力进行反击。日军抵挡不住我军猛烈的炮火打击，纷纷逃窜，大部分被消灭在山沟里，少部分日军则通过国民党军阵地得以向外逃窜。   

平型关战役大获全胜，共消灭日军1000多人，击毁汽车100多辆，缴获九二式野炮1门、炮弹2000多发、机枪20多挺、步枪1000多支、掷弹简20多个、战马53匹、日币30多万元，其他军用品和食品无数，仅日军大衣就够1个师每人一件。平型关首战大捷，粉碎了“日本皇军不可战胜”的神话，沉重地打击了日军的嚣张气焰，极大地增强了全国军民抗战胜利的信心。