接到任务后，344旅在旅长徐海东和政委黄克诚的率领下，从长治出发向南前进，7月1日晚，334旅到达了阳城以北的町店地区，这里是阳城以北10公里的一座小镇，地处芦苇河中游，南北两面都是山，只有一条比较窄的公路，在两山之间东西延伸，地形十分险要，只要占据两山的山头，都能居高临下打击敌人。此时，344旅也接到115师指挥部发来的电报，近日日军108师团将出动一个联队的兵力，乘坐数十辆汽车从晋城出发前往侯马，要求344旅阻挡住这股日军。

徐海东立即召集干部开会，要求利用日军麻痹大意的心理，要把埋伏点隐藏在敌人眼皮子底下，在距离公路100米至200米处埋伏，将敌人打的措手不及。具体由688团1营沿土地庙、薛家岭到王家庄、沁河渡口一带切断敌人退路，2营在柏山、柳沟一带正面伏击敌人，3营在山口一带拦住敌人西进的道路。新兵营也随时在五龙沟集结增援正面伏击的2营。687团作为预备队，随时增援。之后，各部各就各位，迅速到达指定地点构筑好工事，同时严格保持秘密，防止汉奸告密，这使得日军没有意识到八路军已经设下埋伏。

7月6日上午10点，骄阳似火，但八路军依然全神贯注地埋伏着，不久侦查员向负责正面阻击的2营营长冯志湘报告日军从晋城方向来了，由骑兵作为先头部队开路，后面跟随50辆满载步兵的汽车，这批日军气焰嚣张麻痹大意，没有意识到町店即将成为他们的坟墓。甚至先头的骑兵走过后，汽车队走进伏击路段时，竟然停下来休息。由于天气太热，日军有的靠在树荫下打盹，有的还钻到汽车底下呼呼大睡，甚至还有一些士兵直接脱光衣服跑到附近的河中洗起澡来。他们全然不知道死神已经离他们越来越近。

日军完全放松警惕，正是歼敌的好时机，冯营长指挥2营全营利用地形围掩护摸向敌人。随着徐海东旅长一声令下，2营率先开火，把所有的武器射向敌人，顿时枪声大作，喊杀声震慑山谷。随后，战士们猛虎下山一样冲向敌人，用刺刀和梭镖与日军展开白刃战，在车底下睡觉的日军士兵赶忙钻出来，想爬上车去拿枪，但还没拿到就被八路军战士刺死。在河里洗澡的那些日军士兵就更倒霉了，他们光着身子想爬回岸上，但前脚还没站稳，就被八路军用刺刀刺死，后面的几个赶紧掉头往回游，但全部被八路军击毙，尸体漂浮在河中。仅用半个小时，2营救打死打伤日军100多人。

剩下的日军慌乱了一阵后缓过神来，仗着武器精良开始反击，八路军边打边撤，撤到北面的松树林上阻击敌人，日军集中机枪和火炮向八路军阵地开火，八路军战士们也利用山沟作为掩护还击，日军试图冲上八路军的阵地，但一次又一次的被打下去，2营6连连长郭本银是个神枪手，他躲在一块大石头后面狙击敌人，很快就击毙了10个日军士兵，之后他又把枪口对准了一个举着指挥刀的日军军官，只听一声枪响，那个军官立刻栽倒在地，剩下的日军士兵见指挥官挂了，便退了下去。就这样，八路军先后打退了日军的六次冲锋。

到了傍晚，由于尾部的日军伤亡惨重，向中间的敌人靠拢，因此687团2营在蔡营长的指挥下也敢来与冯营长汇合。此时八路军决定蔡营长的人向敌人右边运动，冯营长率营主力继续正面，同时攻击出动一个连向敌人左边运动。而日军也在炮火的掩护下发动了最后的疯狂冲锋，冯营长决定把敌人放近了再打，等到距离日军不足30米时，山谷八路军一齐开火，手榴弹如雨点般地飞向敌群，日军再次死伤一片。

激战至晚上，驻扎在沁水的日军增援部队抵达町店，八路军遂主动撤出战斗，此战八路军歼灭日军500余人，同时抓获了4个俘虏，缴获重机枪八挺轻机枪30挺，步枪数百支，制弹筒和火炮数十具，焚毁汽车20余辆，还有大批的军需物资。成功实现了迟滞日军，有力的支援了国民党友军在侯马地区的作战，并且壮大了八路军的神威，极大的有利于抗日根据地向晋南发展。