1945年9月，日本才宣佈投降，國民黨軍第二戰區司令長官閻錫山就下令第八集團軍副總司令兼第19軍軍長史澤波率4個師及一個挺進縱隊（相當於師）1．7萬餘人，搶佔了上黨。
為了保衛抗戰成果，晉冀魯豫軍區集中太行、冀南、太嶽3個縱隊奉命收復上黨。
9月10日，戰役正式發起。
經過10天激戰，各部直逼長治城下。20日，開始長治城攻堅戰。
太嶽縱隊的386旅首先奪取了北關。他們正在作攻城準備時，縱隊司令員陳賡來電話說，閻錫山已派其第七集團軍副總司令彭毓斌率6個師，從太原出發，前來增援長治，令386旅迅速佔領老爺山阻擊敵援軍。
386旅旅長劉忠和政委張祖諒率部趕到老爺山時，老爺山已被敵援軍先頭部隊搶先佔領。第386旅立即對老爺山發動攻 擊。可由於敵軍佔據了山頭有利地形，幾次進攻都沒成功。
於是，政委張祖諒提出：“敵人在高處，我們在低處，硬攻不行，看有沒有其他可以利用的條件？”
經過偵察，終於找了一個破敵之策。
劉忠派出一支奇兵，乘夜襲擊老爺山東北角的兩個小山樑，一舉切斷了老爺山的水源。水源一被切斷，守軍終於陷入了困境。
老爺山的敵軍幾次反撲無效後，只好棄山而逃。
386旅佔領了老爺山，等著彭毓斌的援軍主力前來了。當日上午，張祖諒站在老爺山上觀察敵情，突然發現遠處敵群中有一個亮點，不是向南往長治方向走而是向北移動，仔細一看，那亮點，原是敵兵背上的油桶，在陽光的照射下閃閃發光！
這一情況，立即引起了張祖諒的警覺：敵軍為什麼攜帶生活物資向北去？會不會是“佯南而實北”，大隊伍已往北迴縮撤退？他和旅長劉忠商量後，立即派出一支偵察兵追擊偵察，併火速向上級報告。
陳賡和副司令員王近山得報後，十分重視，馬上趕到第386旅。
這時，偵察兵已查清是小股敵軍掩護行李擔子向北撤退。
“好啊！這個彭毓斌果真是佯南而實北行動！”陳賡脫口而出，隨即下令劉忠和張祖諒：“386旅跟蹤追擊，在土落村一帶堵殲敵軍。”
386旅連夜出發，急行軍20多公里，先敵援軍一步，到達了土落村，立即佔領有利地形，準備再次擋住彭毓斌援軍的退路。
第二天，敵回撤的援軍亂紛紛地向土落村開來，立即被386旅堵住在土落村前。彭毓斌親自帶著兩萬多人馬聚集在土落村的狹小地域內。
敵援軍的兵力是386旅的10倍之多。
但是，戰鬥打響後，386旅由於先敵一步佔據了有利地形，準備充分，官兵個個英勇頑強，結果，彭毓斌兩萬多人從早晨一直打到傍晚，始終未能突破386旅鋼鐵一般的堵截陣地。386旅的頑強阻擊，為大部隊聚殲彭毓斌大軍贏得了寶貴時間。晉察冀軍區各主力一起奮力向土落村一帶合圍。在各部凌厲攻勢之下，彭毓斌大軍除一小部逃回沁縣外，其餘全部被殲，連彭毓斌也在戰鬥中被擊斃。
彭毓斌大軍被殲滅，史澤波率領的長治城內的守軍見援軍無望，驚慌失措，也馬上突圍，結果在桃川堡附近全部掉進包圍圈，當即被殲，史澤波也被俘。
閻錫山精心挑起的上黨戰役，以被殲3.5萬人而宣告失敗。戰後，陳賡說：“上黨收復戰，張祖諒同志立了一大功。”隨後，張祖諒被調任太嶽軍區第二軍分區司令員。
從此，一貫從事政治工作的張祖諒由政工幹部轉為了軍事幹部。
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