1939年8月下旬，八路军拉开了“百团大战”的帷幕，八路军总部交给一二九师和太行军区部队的总任务是破击阳泉至榆次的正太铁路，重点是阳泉至张净段。
当时，该段驻守着日军第四混成旅团，总兵力有六七千人。战斗打响后，一二九师左、右破击队同时向正太路西段发起破击战斗，攻击部队冒雨行动，隐蔽出击，向沿线各据点里的日伪军发起突然进攻。经一昼夜激战，前线捷报传来，左翼攻占了芦家庆，歼敌数百余人；右翼30团攻占了双泉河铁炉沟，全歼守敌；同时，总预备队进至平安以西的席池地区。
为防止日伪军集中力量对破击队右侧发起反攻，师首长指示三八五旅十四团占领阳泉西南控制正太路的咽喉地段狮脑山。8月20日当晚，七六九团和十四团约4000人，在消灭了附近西峪村矿警队后占领狮脑山，并在山上连夜构筑简易工事。
8月21日凌晨，驻阳泉日军派出数百人向狮脑山发起进攻。八路军用密集火力猛烈扫射敌人，使敌人寸步难移。当日15时许，150多名日军绕道狮脑山右侧，企图迂回夹击，八路军守军击毙日军40多人，迫使敌军狼狈逃走。
22日早晨，敌人又集中了200余人，从燕子沟向狮脑山攻击，企图打开一条通路，以解正太路沿线之危。而我们部队始终扼守着阵地，一次又一次地打退敌人。23日，阳泉日军苦于兵力不足，就把阳泉城内的日本侨民武装起来，拼凑了800余人，向狮脑山发起进攻，又呼叫太原的敌机赶来支援。下午，敌人又组织了一次猛烈攻击，20余架敌机低空盘旋，轮番向我阵地扫射、轰炸，掩护地面敌人向我攻击。连日下雨，战壕里积满了雨水，八路军战士们卧在泥水里沉着应战，一排排手榴弹，把冲上来的敌人打得滚下山去。敌人向八路军阵地发射毒气弹，战士们就用集束手榴弹轰炸，将烟雾驱散。日军使尽浑身解数，轮番进攻，不仅没有取得任何进展，反而伤亡了好几百人。
26日，和日军主力鏖战七昼夜的七六九团和十四团完成了预定牵制任务，主动撤离狮脑山。为避免在不利条件下与日军决战，胜利撤出狮脑山。
此战，共毙伤日军400余人。八路军总部和一二九师都对狮脑山战斗给予了很高的评价。
