当时，沿平绥路西进的侵华日军，在占领大同后，分兵两路向雁门关、平型关一线进攻，企图进逼太原。为了配合友军作战，阻挡日军的攻势，115师在师长林彪、副师长聂荣臻指挥下，奉命开抵平型关地区集结待机。
9月25日零时开始，战士们顶着狂风暴雨，涉急湍山洪，在拂晓前到达了指定地区，把全师主力布置在平型关到东河南镇10余里长的公路南侧山地边缘。343旅的686团位于白崖台附近，左侧是685团，右侧是687团，口袋底是第33军的独立8旅，115师第344旅、687团断敌退路并打援敌，688团作为预备队。这一部署使得进攻平型关的敌人完全处于包围圈伏击之中。
25日晨5时半左右，敌第一辆汽车进入伏击圈，聂荣臻传令：沉住气，无命令不许开火。等板垣师团第21旅团千余人及汽车、大车300余辆进入伏击圈后，115师某团5连连长曾贤生率全连首先向敌冲杀，用手榴弹炸毁敌人最后一辆汽车。敌人拼命冲杀，反复争夺公路两侧制高点——老爷庙。激烈的战斗持续到27日白天，板垣师团21旅遭歼灭性打击。
平型关战役中，李云龙跟随115师343旅686团2营参战，在激烈的战斗中，他不幸胸部中弹。战斗结束后，李云龙被送到后方医治。由于医疗条件有限，医生为了防止伤口感染，就将纱布塞入他的胸腔消毒，如此反反复复，直到伤口最终愈合。
