1940年，彭德怀组织百团大战。不久，日军调集数万人，兵分多路进行疯狂报复。
日军一路烧杀抢掠，仅沁源县就有5000名老百姓被日军杀害。日军冈崎大队500多人，竟然摸到八路军黄崖洞，对八路军兵工厂进行了破坏。
彭德怀下令消灭这支部队，八路军出动了129师、决死1纵、总部特务团，共八个团一万余人。
冈崎大队撤退到关家垴，修筑工事，挖战壕，还修建了很多藏人的猫耳洞，依托有利地形防守，白天还有飞机支援作战。
八路军部队多，开始却有些混乱。决死1纵的25团、38团是新部队，首先到达。却被日军夜袭，丢失了柳树垴高地。日军占据两个高地，地形更加有利。
此后，我军多次攻击失利。八路军特务团夜袭，已经攻击到阵地，日军利用关家垴的窑洞死守，特务团伤亡惨重，最后不得退出阵地。
386旅772团，16团，385旅769团等部队赶到，前后发起18次进攻，与日军反复厮杀，各部队伤亡惨重。
彭德怀副总指挥亲自指挥，刘伯承、陈赓等名将也在前线。我军改用火力佯攻，同时挖掘壕沟通往关家垴山顶，部队才冲上关家垴主阵地。
日军指挥官冈崎谦被打死，剩下小部分日军还在垂死挣扎。此时，日军多支援军已经逼近，白天里，日军的飞机又将提供空中掩护，我军被迫撤出战斗。
这一仗，冈崎大队几乎全军覆没，日军伤亡500人。
八路军8个团参战，每个团都有不少伤亡，合起来伤亡达3000人左右，
关家垴战斗，打击了日军的嚣张气焰。八路军这次战斗伤亡惨重，锻炼了部队，也获得不少宝贵经验。
