就在雷霆纵队张超洋部兵不血刃占领杭州的时候，回到北京的雷霆纵队总政委韩玉军也组织参谋制定了攻占河南、山西、陕西全境为近期战役目标的作战计划。在报请唐峰批准之后，韩玉军下令部队开始行动。
雷霆纵队第八军军长刘永华接到命令后，立即率领部队从保定出发，饥餐渴饮晓行夜宿向山西进发。
雷霆纵队来到天镇和阳高，这两个地方的守军早已望风而逃。刘永华下令留下一部分部队守卫这两个地方，其他部队则以坦克车为先导，向驻守在平型关、雁门关一线的清军发动进攻。
这天第八军的先头部队第22团来到平型关附近，路团长见道路两侧山峰高耸，地势险要，易守难攻。他怕误中敌军埋伏，没敢贸然进军，而是传令安营扎寨，并向上级汇报情况。
刘永华收到报告后，把参谋长和几个师长都召集到一起，聚在地图前研究了一番。决定先头部队呈搜索队形继续前进，后续部队快速跟进，以最快速度通过山谷，将被敌人伏击的可能性降到最低。
先头部队接到命令后拔营起寨快速前进，当他们走到老爷庙附近时，遭到埋伏在这里的清军突然向他们发动攻击。清军士兵在道路两侧的山上，有的开枪，有的投掷手榴弹，没有开枪的就开弓放箭攻击雷霆纵队。
遭到伏击短暂地慌乱之后，雷霆纵队的士兵们进行有组织地反击，他们躲在山谷中的石头、树木后面向清军射击，清军虽然占据有利地形，但由于装备差，大多还是弓箭大刀和火铳，很少有步枪，并没有给雷霆纵队造成太大的伤亡，雷霆纵队的增援部队赶到，架起迫击炮向清军轰击，清军见势不妙，慌乱的撤出了山谷，雷霆纵队乘胜追击，直逼平型关。
部队驻扎下来之后，刘永华带着军官们登上制高点举起望远镜观察平型关的情况。他们看到有很多清军坚守在平型关的城墙上，一面黄龙旗迎风飘摆。
回到指挥部之后刘永华说：“同志们！我们面前的这个关口叫平型关，是山西的重要屏障。上午的战斗证明，驻守在这里的清军已经有所防备，而且这里的清军有火炮。所以接下来的战斗可能会很艰难，大家要做好心理准备！”
当雷霆纵队组织部队向平型关发动攻击的时候，清军依据有利地形和工事优势开枪开炮负隅顽抗，雷霆纵队组织多次进攻，均遭到清军的反击，派出的先锋队无法清除清军工事，还造成了伤亡，只好撤出了战斗。
驻守在平型关的清军白天虽然打了胜仗，但是连续跟雷霆纵队打了两仗，也很疲惫，所以一更天左右（大约晚上八点），他们就安歇睡觉，以便养精蓄锐，恢复战斗力。
雷霆纵队决定改变战术，深夜趁清军睡觉的时候突然发起进攻，让清军措手不及。所以当雷霆纵队冲到城门的时候，许多清军士兵正在梦乡。
听到枪炮声后，清军的士兵们立即从床上跳起来，穿好衣服，拿起武器，跑上城楼举枪还击。这时他们看到坦克轰鸣着朝城楼冲过来，很多士兵从来没有见过，感觉很新奇，纷纷朝坦克车开枪放箭，子弹射到坦克车上冒了密密麻麻的一片火星，但是坦克车却毫发无损，拼命射击了一会，坦克车却越来越近了，于是又都紧张起来。
清军的指挥官见状喊道：“这是叛军的战车，大家不要害怕，它最怕火药，把一个炸药包扔到它附近就能把它炸坏，谁敢去把炸药包扔到它跟前，赏白银五十两！”
俗话说重赏之下必有勇夫，一个清军士兵每个月的军饷只有一两白银，而且被军官克扣的可能性很大，因此五十两白银对他们的诱惑力还是很大的，听说能给五十两银子，想着有那么多银子就可以享受一番了，逛窑子抽大烟都行，于是有五个亡命之徒表示愿意去向战车扔炸药包。军官很高兴，给了他们每个人一个炸药包，给他们讲解如何去扔，并命令其他人开枪掩护。
清军的亡命之徒冲到距离坦克还有五十米的时候，有的就拉开架势扔炸药包，结果炸药包落到离坦克车十几步的地方就爆炸了。扔完之后转身拔腿往回跑，雷霆纵队的士兵发现了他们，坦克上的机枪立刻向他们扫射，坦克后面的步兵也开枪射击。清军的几个亡命之徒被裹进了弹雨之中，还没接近坦克就已全部阵亡。
