1939年春末，八路軍晉察冀軍區一分割槽的部隊按照計劃，開赴河北省易縣北婁山一帶進行軍事、政治整訓，期間得到情報說，日偽軍於5月7日進犯大龍華村，並在該地搶修工事、構築碉堡、鋪築道路。大龍華村位於易縣城西40多里，南北靠山、東西狹長、不足一里寬的山谷中，淶易公路從中穿過。在此前的戰鬥中，一分割槽曾兩次擊退敵人對該地區的小股進犯。

一分割槽司令員楊成武和分割槽政委羅元發、副司令員高鵬、參謀長黃壽發等研究敵情後判斷：敵人佔據大龍華的目的是打通易(縣)淶(源)公路，佔領沿線各點，分割晉察冀抗日根據地之間的聯絡，繼而縮小並封鎖我軍控制區域。為了粉碎敵人的陰謀，楊成武決定：集中一分割槽主力部隊，趁敵人立足未穩之際，打一場殲滅戰，徹底消滅大龍華之敵，並相機殲滅各處增援敵人。

作戰計劃得到晉察冀軍區司令員聶榮臻的批准後，一分割槽立即召開幹部會議，按照“一路攻點，三路打援”的方針，向各參戰部隊部署具體任務。一分割槽地方黨組織和群眾聽說部隊要打大龍華，一面組織力量配合部隊作戰，一面幫助部隊收集了有關大龍華敵人駐紮地點、兵力、火力配備的詳細情況。楊成武還派出遊擊小分隊，採用一戰擊退的方式，在7天時間裡對大龍華駐地敵人進行了十五六次襲擾，搞得敵人疲憊不堪，防守日趨鬆懈。

5月19日深夜，一分割槽部隊按照既定部署，在當地黨員群眾的引領下，秘密開進至待機地域。20日凌晨1時，八路軍分別從鎮東北和鎮西南勇猛發起衝擊。戰士們迅速砍斷了多重鐵絲網，用手榴彈消滅了外圍碉堡守敵，直撲日軍各營房。經過3個小時的激戰，八路軍斃傷日軍60餘名，並將殘敵壓縮到一座大院子裡。

梁各莊的日軍接到大龍華被襲的訊息後，害怕天黑被襲，不敢出動，只得告訴大龍華敵人“死守到天亮”。20日上午8時，梁各莊據點敵人終於開出5輛汽車，向大紅門方向搜尋前進，遭到我設伏部隊的迎頭痛擊，丟下多具屍體後，驚慌退走。

與此同時，大龍華殘敵聽到大紅門方向的槍聲，以為救星到了，留下部分敵人繼續頑抗，其餘瘋狂突圍，企圖與援敵“裡應外合”。這股敵人逃到小龍華村外，正慶幸安全“突圍”，突然發現四周都是埋伏的“八路”。八路軍伏擊部隊將這股日軍包圍在路旁的一片樹林裡，很快殲其大部，殘敵不得不再次“突圍”，退回大龍華。部分伏擊部隊乘勝尾追到大龍華，和村中正與敵人激戰的八路軍匯合，共同向敵人發起猛攻。

在大紅門被八路軍伏擊部隊擊退的援敵得到補充後，又攜帶重炮捲土重來，連續向八路軍陣地展開進攻。八路軍指戰員冒著敵人的炮火堅守陣地，打退了敵人多次進攻，給敵人造成重大殺傷。

與此同時，八路軍對大龍華敵人展開最後的攻勢。見敵人工事堅固，楊成武命一分割槽炮兵連趕來參戰，連續發射57發炮彈，破壞了敵人大部分工事。趁日軍慌亂之際，戰士們發起了衝擊，和敵人展開白刃格鬥，消滅了殘敵。幾個倖存的日本官兵聽懂了八路軍戰士用在整訓中剛剛學會的日語喊出的“八路軍優待俘虜”“繳槍不殺”後，立即棄槍投降。

下午2時左右，楊成武發現進攻大紅門的援敵疲態已現、士氣低落，立即命令多支部隊繞敵側後發起攻擊。援敵腹背受敵，頓時潰不成軍，丟下大批屍體向梁各莊逃竄。

此次戰鬥共殲敵400餘人，繳獲山炮1門、迫擊炮2門、擲彈筒2具、重機槍1挺、輕機槍5挺、步槍短槍90餘枝、子彈5萬餘發、工作器具600餘件、望遠鏡5架以及大批軍用品，取得了攻堅、打援的雙重勝利，對進一步鞏固和發展晉察冀抗日根據地起到了重要作用。

值得一提的是，部隊在清理大龍華敵人據點時，繳獲了日軍幾十冊機密檔案，其中有日軍華北方面軍司令部頒發的《關於使用特種器材(毒氣)之參考》，對晉察冀根據地的《1939年第1、2、3期肅正作戰概要》以及日軍第110師團司令部頒發的《對山區方面封鎖計劃》等，這些檔案對於研究敵人戰術、確定鬥爭對策具有極其重要的參考價值，正如聶榮臻收到檔案後在電話中對楊成武所說的：“你們繳獲的這批檔案，比繳獲敵人幾百支槍、幾十門炮的勝利還大。”