1940年7月1日，一二師師部得到情報，並根據情報判斷，敵人的“掃蕩”已接近末期，日軍各部隊已疲憊不堪，有的部隊已經撤回，而興縣的日偽軍還沒撤，他們加起來有二千人左右，近期必然會向嵐縣撤退。針對這種情況，賀龍師長決心集結三五八旅、獨一旅、第三支隊、第五支隊，由張宗遜和李井泉統一指揮，在興縣以東的二十里鋪附近地區，伏擊東退的敵人，殲滅它一部或大部。7月2日，三五八旅由康寧鎮西北到馮家溝地區；三日，獨一旅也進到預定地區，七一五團在交口至陽會崖設伏，第二團右接七一五團在白崖溝設伏；第五支隊一個營進到大蛇頭以西警戒，阻擊嵐縣的敵人西援，以一個營進到界河口附近向岢嵐方向警戒。
四日，一二0師師部前進到羊灣子指揮戰鬥。上午十一點，興縣敵人分三個梯隊東撤，第一梯隊三百餘人，第二梯隊一千餘人，第三梯隊五百餘人，先後進入二十里鋪八路軍伏擊區。先期到達明通溝和奧家坪的獨一旅二團一營、七一五團二營趁敵人行軍休息時，向溝內猛烈射擊，敵人隊形一時大亂，七一五團二營乘機發起衝擊，藉機大量殺傷敵人。但是，敵人很快就展開戰鬥隊形進行反衝擊，並且炮擊我軍陣地，第二營傷亡很大，不得不撤回原陣地。下午一點，第二團和七一五團主力趕到，立即展開，擊退了日軍五次衝擊，並給予日軍大量殺傷。
五點，七一六團趕到，他們有二十里鋪的石槽溝一線山樑，從敵人後方發起了進攻。黃昏以後，各部隊調整部署，八點各部隊主力冒雨隱蔽下溝，向敵人進攻。但由於天黑，山路難走，各單位聯絡不好，進攻時間不一致，而敵人依託村莊進行著有效的防禦，八路軍的進攻沒有奏效。天明前，各部隊撤回原陣地。五日佛曉，一二0師師部得到情報，原來之前的偵察有誤，原判斷興縣日偽軍兵力只有二千人左右，沒料到還有從保德經鹹康南下到興縣的一千二百餘敵人未出動，而且東邊陽會崖、惡虎灘的敵人也在原地未撤走，這樣敵軍總數已超過三千五百餘人。這樣，八路軍原定是打鬼子伏擊，現在變成了夾在中間，被鬼子東西兩頭攻擊的不利境地。加之，八路軍原預定參加戰鬥的六七個團兵力實際只趕到了四個團，而且是先後投入戰鬥，這樣，在兵力上既不佔優勢，也沒有形成拳頭，而且各部隊都經過長途行軍，十分疲勞，第四團和七一六團在米峪鎮戰鬥後還沒來得及補充彈藥。
根據最新情報，賀龍師長當機立斷，決定不再和敵人糾纏，只留少數人在原陣地監視敵人，掩護主力撤出戰鬥。當部隊開始集結，還未正式接到撤出戰鬥命令的時候，興縣的敵軍一千二百餘人已進到奧家灣以東。7月5日上午九時，三架敵機掩護步兵向七一五團陣地進攻，使七一五團傷亡很大。這時，四團一個營迅速佔領了附近大山，阻擊敵人，掩護七一五團撤出戰鬥。下午，興縣的敵人和惡虎灘的敵人會合後，向八路軍瘋狂反撲，但此時，八路軍主力已撤出戰鬥。日軍六日經大蛇頭撤回嵐縣。這次戰鬥殲敵七百六十餘人，八路軍傷亡420餘人。整個戰鬥雖然在指揮部署上是正確的，但由於情報有誤，因而未能大量殲滅敵人。不過，這場戰鬥還是被列入抗戰經典戰例。
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