1937年10月，日軍分兵向山西發起了進攻，為支援正面戰場的國民黨軍隊抗日，八路軍129師和115師遵照總部的命令進入晉東南。當年10月中旬，日軍進入昔陽地區，開始威脅太原，為封锁日軍向太原進犯，八路軍三四三旅便决定在昔陽以西的廣陽地區伏擊敵人。

三四三旅在調遣的時候，日軍主力也正在向太原進犯，所以廣陽這一仗也是在比敵兩軍的脚力。只有三四三旅首先到達廣陽，我軍才有可能從半路阻擊敵軍，否則日軍極有可能穿過廣陽。為粉碎日軍增援太原的計畫，八路軍115師師長林彪也不斷給前線八路軍將領下達訓示，提醒三四三旅旅長陳光注意日軍的行動路線，並嚴令其在廣陽以東地區重創日軍。

接到師長林彪的訓示，陳光不敢馬虎，為了封锁日軍的行程，陳光派出六八六團二營的官兵襲擾敵軍。二營在擾亂日軍之際，陳光調集三四三旅主力進入廣陽地區。陳光深知，廣陽是日軍的必經之地，八路軍要想在此地全殲日軍，就需要選擇有利的伏擊地點。當時陳光專門派出三四三旅參謀人員去廣陽描繪地圖，經過慎重考慮，八路軍三四三旅終於在廣陽狼窩溝設下了埋伏。

伏擊點已經確定，剩下的就是等待日軍鑽入埋伏圈了。11月4日，日軍沿著公路進入了廣陽地區，看到日軍一點點深入八路軍伏擊圈，陳光命令所部放過日軍的先頭部隊，等日軍主力完全進入狼窩溝溝底後，才命令全旅官兵向日軍發起進攻。

和平型關大捷的戰法相似，廣陽伏擊戰也是採用了攔腰截尾的管道。當日軍進入我軍埋伏圈後，六八六團三營便立刻斷掉了敵人的後路。隨著日軍後路被截斷，陳光命令全軍向日軍發起了突擊。經過四個多小時的戰鬥，三四三旅終於全殲被圍的日軍。

三四三旅成功設伏殲滅日軍，並不代表廣陽伏擊戰的結束。第一次廣陽伏擊戰結束後，日軍並沒有吸取教訓，為了支援太原前線的日軍作戰，駐昔陽的日軍又調集一支隊伍，沿著昔陽公路，再次向廣陽進犯。

129師師長劉伯承獲悉日軍再次向廣陽進犯的消息後，他便大膽地决定再次在廣陽設伏。為了殲滅日軍，劉伯承將任務交給了三八六旅。旅長為陳賡是一比特遊擊戰專家，在廣陽伏擊戰之前，陳賡就曾在七亘村指揮三八六旅大敗日軍。同樣的套路，同樣的戰法，當日軍向廣陽進犯的時候，陳賡已經指揮其部埋伏在了廣陽周圍。11月7日，三八六旅七六九團進入到狼窩溝伏擊地點，他們在當地遊擊隊的支持下，很快便挖好了所有的工事，因為有三四三旅的作戰經驗，所以這一次陳賡也是胸有成竹，他指揮三八六旅耐心地等待日軍，並隨時準備殲滅日軍。

11月8日，一支數千人的日軍輜重部隊開進了廣陽，隨後這支日軍便深入到了狼窩溝周圍。陳賡站在狼窩溝山頂上，用望遠鏡遠遠看到了日軍的旗幟，接著便命令全軍做好準備。當日軍進入狼窩溝後，陳賡看到殲敵的時機已經到來，便命令其部向日軍發起了進攻。廣陽二次伏擊戰打得非常順利，戰役一開始，我軍官兵就將日軍的退路截斷，接著三八六旅官兵向山下的日軍發起進攻。看到我軍官兵衝鋒，一部分日軍為了自保，便逃進了附近的村莊，由於我軍提前通知了百姓，所以日軍以老百姓為人質的陰謀並未得逞。三個小時後，三八六旅官兵全殲狼窩溝的日軍，廣陽伏擊戰勝利結束。

兩次伏擊戰意義非凡，它直接粉碎了日軍大本營對太原前線日軍的支援計畫，也有力支援了娘子關前線，對整個山西抗戰也產生了重要的影響。廣陽伏擊戰能够取得全勝，與八路軍129師和115師的密切配合離不開關係，戰役開始前，八路軍129師和115師就取得了聯系。為了打好這一仗，陳光旅長也將第一次廣陽伏擊戰的作戰經驗分享給了三八六旅，如此三八六旅才得以在第二次伏擊戰中全殲日軍。

廣陽伏擊戰的特殊之處就在於它的重疊性，與七亘村伏擊戰不同，廣陽伏擊戰並不是由同一個部隊完成的。在前後伏擊日軍作戰的過程中，八路軍來自不同的部隊。不同的部隊，同樣的戰法，同一地點伏擊，而且最後都取得了勝利，這種作戰管道，恐怕在我軍軍史上也是唯一的。兩次廣陽伏擊戰，我軍共殲滅日軍一千多人，而自身傷亡卻不足三百人。在敵強我弱的抗日戰場上，取得如此戰績足以說明八路軍抗戰方針的正確。