1939年3月，八路軍第115師東進支隊進入山東后，在泰安西部地區連續打擊日偽軍，直接威脅津浦鐵路的日軍運輸線。
4月底，侵華日軍第12軍及山東地區司令官尾高龜藏糾集泰西根據地周邊9個重鎮的日軍5000余人、偽軍3000余人，企圖消滅八路軍第115師師部及所屬部隊。
5月初，115師政委羅榮桓南下運河地區檢查工作，并巡回傳達中共六屆六中全會精神，師部工作主要由代師長陳光主持。
5月5日至7日，泰西根據地南面東平縣和汶上縣的日軍出動，先后“掃蕩”大汾河南岸地區。
從8日開始，日軍先后從泰安、大汶口、寧陽、東阿、平陰、肥城、界首出動，東平、汶上的日軍也分路北上，九路日軍目標直指第115師所在的泰安西部山區。狡猾的日軍采取穩扎穩打、步步為營的戰法，先攻占八路軍根據地周邊地區，然后向中心推進，逐步緊縮包圍圈。
陳光根據偵察員報來的各地情況，準確判斷出日軍是想先“掃蕩”山區外圍，然后集中摧毀115師指揮中心，于是于8日晚召集各部干部開會，決定分路突圍，計劃是：
以泰西地委書記段君毅和山東縱隊第6支隊領導率3團為前衛，以彭雄率山東縱隊第6支隊7團及115師教導大隊、供給部、衛生部隨后，陳光率師部和特務營殿后，統一向南突圍，準備渡過汶河到南岸地區。
津浦支隊由支隊長孫繼先率領，向西北方向突圍，準備轉移至大峰山地區。
山東縱隊第6支隊2團和魯西區委向西南方向突圍，準備向運河方向分散轉移。
686團團長張仁初、政委劉西元率1營和2營留在內線山區同敵人周旋，伺機予以打擊。
9日上午各部開始按計劃行動。
向南轉移的前衛部隊因熟悉地形，順利按原計劃完成轉移。隨后的山東縱隊第6支隊7團，以及115師教導大隊、供給部、衛生部等在彭雄率領下，也成功突圍，轉移至津浦路東地區。
陳光率師部和特務營南行至岈山東面的劉莊地區時，覺得大部隊轉移到汶河南岸的平原地區，因無險可守，缺乏經驗而不便與敵人周旋，又偵察發現汶河南岸有三個相距不遠、連成一線的火堆，偵察員報告日軍已到河南岸，陳光便決定率部掉頭向西北方向轉移，準備同津浦支隊一樣突圍到西北方向的大峰山地區。
誰知向西北方向轉移的津浦支隊此時也未突圍出去，他們剛進至陸房東北的朱家莊附近，就被從肥城南下的日軍發現，未能突圍便折轉回來。
10日，陳光率師部向西北轉移至安臨站的上莊。此時未突圍出去的部隊，包括師部和特務營、686團1營和2營、津浦支隊、山東縱隊第6支隊一部、魯西區委、泰西地委等共3000余人。國民黨肥城縣長及河北民軍田家濱部也未能突圍出去，要求與八路軍一起行動，獲陳光同意。
10日晚，陳光召集師參謀處長王秉璋、師政治部副主任黃勵、津浦支隊長孫繼先、686團團長張仁初等開會，討論突圍方案。
經分析討論，陳光認為：汶河南岸已被敵人封鎖，且南岸地區是大平原，無險可守，我們非戰斗人員多，又帶著上百頭騾馬等大行李，到平原地區不利，于是決心向西北突圍，準備轉移到肥城西北的大峰山地區，各部定于11日零點出發。
11日早上，先頭部隊津浦支隊進至北僧臺地區，與從肥城南下的一路日軍遭遇，孫繼先立即率部搶先占領附近的鳳凰山制高點，憑險據守。
此時大部隊在陸房西北的大董莊、黃土嶺地區，與從西面過來的一路日軍遭遇，陳光立即指揮部隊展開遭遇戰：師直機關由特務營掩護，撤退至陸房附近；686團2營立即搶占西面的黃土嶺、西南面的肥豬山北部，1營搶占肥豬山中南部和南面的岈山等制高點；師特務營占領東北面的東山嶺；非戰斗人員也分發富余武器，組織起來進行戰斗。各部憑險據守，抗擊日軍。
日軍則憑借兵力和火力優勢，向八路軍的各陣地瘋狂進攻，僅向肥豬山、岈山陣地的進攻就達9次之多。八路軍戰士打得英勇頑強，激戰一天，沒有丟失一處陣地，陣地前沿遍布日偽軍尸體。
西面一路日軍約200余人，曾一度突破津浦支隊和686團2營的結合部，逼近了師部所在地陸房，孫繼先率領支隊1個連和師部警衛連、泰西獨立團共800余人，向這股日軍發起猛烈進攻，成功將其打退，堵死了結合部缺口。
一直激戰到黃昏，日軍開始收攏部隊，準備露營休息，并點起多堆篝火，防止八路軍突圍，應是企圖等天亮后再進攻。
此時在包圍圈外西南方向東平縣龍崮村東汶支隊檢查工作的羅榮桓，一直關心著部隊的安全，每隔半小時就發來一次電報，詢問情況，商討突圍辦法，并告知龍崮村附近沒有敵情，可以突圍過來。
陳光當機立斷，通知各部隊抓緊時間，準備轉移：命津浦支隊護衛泰西地委，并帶田家濱部趁隙向南，然后向東突圍；命686團護衛師部和魯西區委向南翻過岈山突圍；第6支隊2團2營向西突圍。
各部隨后開始做突圍準備，將不便攜帶的笨重物資等掩埋，將容易因磕碰而發出聲響的鍋盆等用繩草捆扎，并向各路敵人派出警戒和騷擾小分隊。晚22時左右，各部開始分路突圍。
張仁初率686團1營和2營護衛著師部和魯西區委，向南翻過岈山，并在12日渡過汶河，到達汶上縣云尾、北陶和南陶地區宿營，13日向西轉移到東平縣無鹽村，與羅榮桓和東汶支隊靠攏。
孫繼先率津浦支隊、師特務營和騎兵連，護衛泰西地委和田家濱部，穿過趙家村、郝家村之間的狹窄道路，沿白家莊干河，經九山溝、黑風口突圍，12日黎明時渡過汶河，到達汶上縣。
山東縱隊第6支隊2團2營在營長張杰率領下向西突圍，穿過岈山西面的雙山，突圍至東平縣榮花村。
12日上午，日軍先是以猛烈炮火向肥豬山、岈山、鳳凰山等地攻擊，隨后沖上山頭，卻發現八路軍早已撤走。日軍司令官尾高龜藏不信，親自趕到前線查看，并下令到處搜查，結果挖出了八路軍掩埋的一批被服等物資。不甘心的他下令抓來一批當地百姓，逼問八路軍下落，還是一無所獲。惱羞成怒的尾高龜藏逼迫一批老百姓穿上挖出來的八路軍衣服，照相后全部殺害，以邀功請賞。
此次戰斗，八路軍共斃傷日軍大佐聯隊長以下上千人，自身傷亡300余人（其中犧牲100余人，傷200余人，含3名連級干部，9名排級干部，20余名班級干部），直屬非戰斗人員走散50余人，大小行李大部遺失，消耗子彈25000余發，炸彈600余，遺失迫炮1門，步槍50余支。
