就在雷霆縱隊張超洋部兵不血刃佔領杭州的時候，回到北京的雷霆縱隊總政委韓玉軍也組織參謀制定了攻佔河南、山西、陝西全境為近期戰役目標的作戰計劃。在報請唐峰批准之後，韓玉軍下令部隊開始行動。
雷霆縱隊第八軍軍長劉永華接到命令後，立即率領部隊從保定出發，飢餐渴飲曉行夜宿向山西進發。
雷霆縱隊來到天鎮和陽高，這兩個地方的守軍早已望風而逃。劉永華下令留下一部分部隊守衛這兩個地方，其他部隊則以坦克車為先導，向駐守在平型關、雁門關一線的清軍發動進攻。
這天第八軍的先頭部隊第22團來到平型關附近，路團長見道路兩側山峰高聳，地勢險要，易守難攻。他怕誤中敵軍埋伏，沒敢貿然進軍，而是傳令安營紮寨，並向上級彙報情況。
劉永華收到報告後，把參謀長和幾個師長都召集到一起，聚在地圖前研究了一番。決定先頭部隊呈搜尋隊形繼續前進，後續部隊快速跟進，以最快速度透過山谷，將被敵人伏擊的可能性降到最低。
先頭部隊接到命令後拔營起寨快速前進，當他們走到老爺廟附近時，遭到埋伏在這裡的清軍突然向他們發動攻擊。清軍士兵在道路兩側的山上，有的開槍，有的投擲手榴彈，沒有開槍的就開弓放箭攻擊雷霆縱隊。
遭到伏擊短暫地慌亂之後，雷霆縱隊計程車兵們進行有組織地反擊，他們躲在山谷中的石頭、樹木後面向清軍射擊，清軍雖然佔據有利地形，但由於裝備差，大多還是弓箭大刀和火銃，很少有步槍，並沒有給雷霆縱隊造成太大的傷亡，雷霆縱隊的增援部隊趕到，架起迫擊炮向清軍轟擊，清軍見勢不妙，慌亂的撤出了山谷，雷霆縱隊乘勝追擊，直逼平型關。
部隊駐紮下來之後，劉永華帶著軍官們登上制高點舉起望遠鏡觀察平型關的情況。他們看到有很多清軍堅守在平型關的城牆上，一面黃龍旗迎風飄擺。
回到指揮部之後劉永華說：“同志們！我們面前的這個關口叫平型關，是山西的重要屏障。上午的戰鬥證明，駐守在這裡的清軍已經有所防備，而且這裡的清軍有火炮。所以接下來的戰鬥可能會很艱難，大家要做好心理準備！”
當雷霆縱隊組織部隊向平型關發動攻擊的時候，清軍依據有利地形和工事優勢開槍開炮負隅頑抗，雷霆縱隊組織多次進攻，均遭到清軍的反擊，派出的先鋒隊無法清除清軍工事，還造成了傷亡，只好撤出了戰鬥。
駐守在平型關的清軍白天雖然打了勝仗，但是連續跟雷霆縱隊打了兩仗，也很疲憊，所以一更天左右（大約晚上八點），他們就安歇睡覺，以便養精蓄銳，恢復戰鬥力。
雷霆縱隊決定改變戰術，深夜趁清軍睡覺的時候突然發起進攻，讓清軍措手不及。所以當雷霆縱隊衝到城門的時候，許多清軍士兵正在夢鄉。
聽到槍炮聲後，清軍計程車兵們立即從床上跳起來，穿好衣服，拿起武器，跑上城樓舉槍還擊。這時他們看到坦克轟鳴著朝城樓衝過來，很多士兵從來沒有見過，感覺很新奇，紛紛朝坦克車開槍放箭，子彈射到坦克車上冒了密密麻麻的一片火星，但是坦克車卻毫髮無損，拼命射擊了一會，坦克車卻越來越近了，於是又都緊張起來。
清軍的指揮官見狀喊道：“這是叛軍的戰車，大家不要害怕，它最怕火藥，把一個炸藥包扔到它附近就能把它炸壞，誰敢去把炸藥包扔到它跟前，賞白銀五十兩！”
俗話說重賞之下必有勇夫，一個清軍士兵每個月的軍餉只有一兩白銀，而且被軍官剋扣的可能性很大，因此五十兩白銀對他們的誘惑力還是很大的，聽說能給五十兩銀子，想著有那麼多銀子就可以享受一番了，逛窯子抽大煙都行，於是有五個亡命之徒表示願意去向戰車扔炸藥包。軍官很高興，給了他們每個人一個炸藥包，給他們講解如何去扔，並命令其他人開槍掩護。
清軍的亡命之徒衝到距離坦克還有五十米的時候，有的就拉開架勢扔炸藥包，結果炸藥包落到離坦克車十幾步的地方就爆炸了。扔完之後轉身拔腿往回跑，雷霆縱隊計程車兵發現了他們，坦克上的機槍立刻向他們掃射，坦克後面的步兵也開槍射擊。清軍的幾個亡命之徒被裹進了彈雨之中，還沒接近坦克就已全部陣亡。