八路军太岳军区司令员（旅长）为进一步摧毁敌人对我根据地的分割封锁，将小块游击区扩展为大块根据地，同意了第四军分区司令员李云龙的作战计划，批准了李云龙攻打河源县城的行动方案。
李云龙所部多人发起了攻势，一周内先后拔除敌人据点50余处，守卫河源县城的日伪军害怕被歼，只得弃城逃窜，沿途又经地方武装打击，残敌逃至大同等地暂时喘息。
敌人逃跑后，李云龙所部八路军和游击队立即发动群众，星夜加固了城墙、碉堡和军事设施。
随着寒冬季节的即将到来，日伪军为了抢夺粮食，又拼凑了大同、福安、潞阳、水泉等几个县的日军都要增援，几个县的伪军警备队多人，组成“晋西北剿共保安联合军”，跟随日军第29旅团，想要重新占领了河源县城，准备以此重新为基地，对付李云龙所部。
对此，第四军分区领导李云龙等人决定趁敌人立足未稳之机，决定分兵，独立团与新三团发动奇袭水泉县城，剩下五个团包括补充团消灭即将进犯河源县城之敌，保卫胜利果实。
经研究，决定此次战斗由七个团，加上河源、平安等县的县大队以及军区直属特务营、侦察营配合行动。
10月28日，独立团与新三团秘密出发，于第二天上午推进到水泉县城附近的靖安镇地区。
在这里，军分区副司令员邢志国，参谋长张大彪主持召开作战会议，进行了最后的部署，并进行了战斗动员。会议后，参战各部队按计划迅速推进，于当日22时到达指定作战位置，形成了对来犯日伪军的包围。
29日23时，攻取水泉县城的战斗打响。独立团、新三团全体指战员在地方武装的协助下，突然发起攻击。击破守城敌人的抵抗，迅速夺取了东门、南门，并一举突入城内，与敌人展开巷战，连续打退了敌人的数次反扑。
部分民兵突击组在火力的掩护下，占领了西城门的制高点，又沿城墙向北攻击，并跟踪追入城内，配合独立团、新三团将敌人分割包围。
敌人遭到突然打击，很快溃不成军，残敌在日军的督战下，退入城中的大新寨顽抗，企图固守待援。独立团与新二团各部肃清大新寨外围的敌人后，很快迫近大新寨。
30日拂晓前，八路军发起了对大新寨的总攻，主攻任务交给了独立团。大新寨四周筑有6米高的围墙，4角各有一个两层炮楼，构成火力交叉体系。独立团一营决定以一连为突击队，从大新寨东北角实施突击，攻占东北角炮楼及其东侧的房屋，并调来九二步兵炮和迫击炮各20门实施掩护。
攻击开始后，掩护炮火向守敌猛烈射击，在炮楼一层击穿一个洞，突击队战士冒着枪林弹雨从洞中冲入，很快消灭了尚在炮楼和东侧房屋中顽抗的敌人。敌人为了夺回炮楼，发起了3次反扑，均被打退。张大彪随即命令预备队出击，很快就攻入了大新寨。
残敌见大势已去，立刻放弃防守，企图趁着黑夜分头突围，逃脱被歼灭的下场。有两千多名伪军在日军顾问的指挥下疯狂向县城西北角突围，被新三团，县大队等攻城部队包围，除被击毙外其余全部投降。
还有300多名敌人企图从城北突围，被埋伏在水泉县城外的河源县大队堵住，经过激战，这股敌人全部被歼。
还有一股日伪军两百余人企图向福安县城方向逃窜，途经瓮村地区时，被等候在这里的平安县大队发现，发生激战。敌人几次突围不成，反而被压缩进瓮村村内。
平安县大队随即将村子包围。这股日伪军见无路可逃，自发打死几个督战的日军，很快缴械投降。
30日10时，战斗胜利结束，据统计，此次战斗全歼守敌4000余人，八路军还缴获了丰厚的战利品，大批军需物资。
战后邢志国与张大彪、新三团团长沈泉商量，留下独立团守卫水泉县城，沈泉率领新三团回援据守在河源县城的李云龙等人。
李云龙和李云烨、赵刚几人为了保护河源县城，选择与日伪军在河源县城外展开阵地战，将作战地点选在了河源县城附近的草甸山附近。
这次来犯的日伪军除了留在水泉县城的6000多人，一共有多人进犯河源县城。而第四军分区有两个团去攻打水泉县城，加上补充团一共有多人，虽然这是李云龙等人参军以来，第一次指挥这么大规模的战役，但几人依然信心十足。
很快李云龙就率领麾下八路军把日伪军围在了草甸山，八路军阵地上一共摆满了上千门火炮，炮弹无数，这就是李云龙等人的底气，加上这次来犯的敌人有多一半是伪军，在李云龙等人的眼里基本上可以忽略不计。
战斗很快打响，李云龙率部展开了猛烈围歼。这是一场惊心动魄的大决斗，第四军分区冒着巨大风险要百万军中取上将首级，胜则大胜，败则大败。
尽管伪军战斗力极差，但日军29旅团官兵素质佳，整体战斗力很强。该旅团长池田奉武更是一员悍将，指挥部队占据草甸山后，花大力气构筑了工事。
草甸山是石头山，质地坚硬，没法像在土山上那样开掘工事。而且八路军包围攻击速度很快，日伪军也没有充裕时间完成工事防御。
然而该旅团官兵不愧为久经沙场，经验丰富，有条不紊进行作业。他们利用草甸山各山头的自然地形选择有利的位置，借助悬崖峭壁、山体凹处、石峰石柱等山体结构，用堆砌、爆破等手段垒石作业，用一晚上就筑起了很多简易堡垒。
对于上山的便利通道，日军士兵还用很多大石块将之堵上，以增加攻山的困难。
在阵地防御上，池田奉武设置两线防御，其中一线是外围山头，部署了少量部队，起到警戒和迟滞作用。
二线阵地以草甸山主峰及几个山头为核心，从山腰到山顶建立了纵深梯次分布的阵地，均以一定兵力防守。预备队则配置于高地反斜面，利用山洞和石棚等为隐蔽，防备炮火，随时准备投入反击。
在火力配系上，严密组织了三层交叉火力，接近山顶部署了迫击炮、山炮和重机枪，形成远射火力；山顶至山腰中间，部署了轻机枪和小炮、掷弹筒、火箭筒，形成中程火力；
山腰部署了轻机枪、步枪和手榴弹等火器，形成近战火力。每层火力均自成体系，独立交叉，控制自己射程内的战场。后一层又能超越前层和利用间隙射击，起到补充和支援作用。
池田奉武的火力布防果然严密老辣，几乎不留死角地覆盖了草甸山各主要阵地。
该旅团装备日军所有混编的各种武器，像重机枪、掷弹筒，三八大盖步枪、轻机枪、小炮等，有效平衡了火力与后勤的关系。
不过，由于这次日伪军进入太行山区作战，交通不便，重炮兵和战车等兵器无法跟进，只好留在后方，这就严重削弱了该旅团的战斗力。
八路军对草甸山发动总攻后，战斗立即打成了白热化。双方对每一个山头和突出部都进行了反复争夺，你打过来，我打过去，多次不顾伤亡发起冲锋，几经拉锯，直至短兵相接，刺刀见红。
草甸山地区杀声震天，浓烟滚滚，弹雨如注，血流成溪，真是罕见厮杀鬼神惊！
八路军猛攻两夜一天，付出了较大代价，虽然夺取部分阵地，但仍受阻于敌核心阵地前。眼看时间一分一秒过去，外围的敌人援军越逼越近，战场形势已到了千钧一发之际。
此时，李云龙命令将炮兵团和各步兵团的火炮全部投入战斗，以手中的上百门美制105毫米榴弹炮、九二步兵炮组成强大压制炮群，以步兵掌握的迫击炮、步兵炮为随伴炮火，分层发射，远近结合，猛烈打击据守在草甸山的敌人。
炮兵一发威，形势顿时改观。日伪军的外围阵地大部丢失，两万人马拥挤在以主峰为核心的几个山头上，队形非常密集，而掩体却不够用。
八路军发射时根本不用瞄准，炮弹打上去就能伤及一大片，而崩起的碎石乱飞更是加大了日军的伤亡。
只见草甸山上到处火光闪闪，散碎石块和人尸马体四下飞溅，守军无法抵挡如此猛烈的炮火，人皆嘶叫，马惊乱跑，陷于极为悲惨的境地。
就这样，在八路军炮兵的排山倒海攻击下，不到3天时间，池田奉武和他率领的日伪军就被全歼于草甸山地区。