3月16日4时，八路军第769团1营袭击黎城，与日军展开激战。由于1营的攻击声势很大，黎城日军认为是遭到了八路军主力的进攻，随即向潞城、涉县日军求救。天亮后在得知潞城、涉县日军均已出动增援，1营就主动撤出战斗。
涉县日军出动约200人乘汽车来援，刚过东阳关，便遭到769团主力的阻击，经过一番战斗后，被迫退回涉县。
潞城日军得知黎城被袭，随即派出了增援。8时30分，增援部队的先头分队乘汽车2辆，沿公路通过386旅的设伏地区向黎城开去，伏击部队将该敌放过。此时，赵店木桥已被771团特务连焚毁，这股先头部队因此被阻于浊漳河南岸，后来也被771团特务连消灭。
9时，日军增援部队的主力乘着汽车进至神头村，稍事休息后，继续向黎城开去。虽然沿途日军也对附近进行了侦察搜索，但由于八路军设伏部队坚定沉着，严密伪装隐蔽，日军丝毫没有发觉就在公路边几十米的地方隐蔽着八路军主力。
9时30分，日军完全进入设伏地区，根据统一信号，伏击部队突然开火，771团拦头，772团3营断尾，772团主力和补充团从公路两侧向日军猛烈攻击，顿时将日军截为数段。由于隐蔽点距离公路才不过几十米，所以八路军的手榴弹可以很轻松地投到日军头上，接着机枪步枪一起开火，密集的火力几乎覆盖了整个日军车队。
