1945年9月，晋冀鲁豫军区的部队相继攻克了长子、潞州等城市，使得长治逐渐沦为孤城。阎锡山得知此情况后十分震惊，迅速派遣第83军的3个师，约7000余人，从太原出发，沿着白晋铁路南下，试图援救长治。 刘伯承得知敌人增援的消息后，果断做出了调整指挥的决定：他决定只留下少部分兵力继续围攻长治，主力部队则北上，集中力量消灭敌人的援兵。接到命令后，太行纵队立即从长治撤离，采取了极为隐秘的行军方式，白天继续伪装进攻，夜晚趁着大雨悄然北上，避免敌人察觉。

到了9月29日，太行纵队在白晋线两侧做好了伏击准备，等待敌人到来。然而，战场的变化往往出乎预料。由于阎锡山不断催促援兵迅速前进，第7集团军副总司令彭毓斌不得不决定改变行军路线，从白晋线改走屯留一线的大路。这一改变大大缩短了路程，却也打乱了太行纵队的部署。面对突如其来的变化，太行纵队司令员李达和副司令员陈锡联不得不命令纵队加速行军，争取在敌人抵达前封堵其去路。 在太行纵队的快速赶路下，终于在10月2日下午，部队成功在交川北面堵住了敌人的前进。最前面的第4支队769团2营迅速击溃了敌人的先头部队，随后太行纵队从两翼展开迂回，成功将敌人重重包围。彭毓斌由于急于赶路，未曾留心沿途形势。当他意识到被围困时，已经来不及撤退，只能抢占老爷岭、磨盘垴等地，并在天险地形上构筑工事，试图进行顽强抵抗。紧接着，太行纵队开始向磨盘垴发起进攻。

磨盘垴得名于其山势的特点，从山脚到山顶是一层层阶梯状的棱坎，酷似磨盘。敌人占领了这个地形险要的位置后，立刻在主峰四面构筑阵地，并沿着梯坎挖掘交通壕和堑壕，形成了一道道防线。彭毓斌依靠自己军队机枪与大炮的优势，妄图在此地死守等待援军。 太行纵队从10月2日晚上开始进攻，然而进展缓慢。通过侦察和审问俘虏，部队得知敌人的兵力远超预期，除了阎锡山派出的83军3个师，还包括了23军的暂编第40师、第46师、第47师，以及山西省防军的两个师，总共约2万人的兵力。敌人的兵力与太行纵队相当，形势变得异常复杂，单凭现有兵力难以迅速消灭敌人。刘伯承得知这一消息后，立刻命令冀南纵队和太岳纵队的决1旅立即北上支援，长治则交由地方部队继续围攻。

与此同时，李达和陈锡联也在思考如何尽快解决眼前的困境。经过实地勘察，他们决定先控制外围要点，逐步压缩敌人防线，为最后的歼灭战做准备。 10月4日下午，太行纵队决定由769团从磨盘垴西南方向发起进攻。然而，由于敌人火力异常强劲，769团的1营和2营整整与敌人激战一夜，仍未能突破防线。无奈之下，769团团长李德生决定暂时撤回1营和2营，重新整顿兵力，并将进攻任务交给3营。李德生亲自实地勘察后，决定让3营在夜间发动突袭。

当晚，天黑得几乎伸手不见五指，3营悄悄摸到了断崖下方，沿着山崖边缘小心前进。走在最前面的是10连的指导员南峰岚，他带领着1班小心翼翼地前进。脚下是被砍断的秸秆，战士们的裤管被划破，腿上也留下了伤痕。再加上这段时间的连续降雨，泥泞的地面让每一步都变得异常艰难。更糟糕的是，3营走进了一个地雷区，敌人将每一个地雷都系上了绳子，像蜘蛛网一样布满道路。经过一番小心翼翼的躲避，3营终于穿越了地雷区。 正在这时，前方传来消息，右前方发现敌人在修建工事。李长林判断敌人未曾察觉到他们的存在，于是下令继续前行，不与敌人发生直接接触。

凌晨3点，10连1班带头摸到山顶下方，准备悄悄爬上山顶。然而，意外发生了，班长张明正踩到了一个草窝，发出了一声惨叫。张明正迅速意识到，草窝里正藏着敌人，他大声喊道：大家小心，下面有敌人，快用刺刀！战士们随即亮出刺刀，消灭了草窝中的敌人。张明正的喊声惊动了后面的战士，其他战士也纷纷用刺刀解决了更多敌人。 李长林意识到敌人已经被惊动，迅速指挥南峰岚带领10连从左侧冲上山头，自己则带着9连从右侧攻击山顶。敌人依然在修筑工事，根本没有准备好抵抗。9连迅速占领山顶时，敌人连武器都来不及拿就被打散了。尽管有少数敌人企图顽抗，但很快就被9连消灭。

随着3营占领山头，李长林命令1营和2营从正面发起进攻。令人意外的是，敌人竟然没有意识到山顶已经失守。当2排冲下来时，前沿的敌人仍在惊讶地询问：你们来干什么？其中一名敌人甚至大声喊道：你们跑下去干什么，开玩笑吧？这时，一名战士冲上去，抓住敌人的衣领，喊道：谁跟你开玩笑，我们是八路军！敌人闻言后立刻投降，阵地上的其他敌人也开始四散逃跑。 经过3个营的夹击，敌人很快被彻底消灭。李长林知道敌人可能会反扑，于是命令9连和10连加紧修筑工事。两连刚刚部署好阵地，敌人的反击便来了。黑压压的一大片敌人扑向阵地，但在太行纵队的反击下，敌人一个个倒下。 这时，9连副连长赵万昌带头向敌人投掷手榴弹，支援友军。就在敌人炮火最猛烈的时候，一颗炮弹炸在了赵万昌前方的土堤上，翻起的泥土将他埋入山坡。李长林大惊，立即命令卫生员下去救援。没想到，赵万昌在几乎没有休息的情况下，顽强地爬上来，继续投入战斗。 然而，3营的弹药已经消耗殆尽。李长林注意到敌人背包里有不少弹药，于是下令战士们去搜集敌人背包中的子弹、手榴弹和地雷。通过这些补充的弹药，3营又成功打退了几次敌人的反扑。 就在敌人再次冲上来时，10连已经没有弹药，很快被敌人逼上了阵地。南峰岚带领20多名战士硬生生用刺刀将敌人赶出了阵地。尽管敌人没有放弃，仍然不断发起冲锋，但关键时刻，副教导员孙坚带领11连赶到，带来了大量的弹药，成功扭转了战局。3营再次坚守住阵地，并与其他部队共同击溃了敌人的反扑，稳固了这一战略高地。