1939年3月，八路军第115师东进支队进入山东后，在泰安西部地区连续打击日伪军，直接威胁津浦铁路的日军运输线。
4月底，侵华日军第12军及山东地区司令官尾高龟藏纠集泰西根据地周边9个重镇的日军5000余人、伪军3000余人，企图消灭八路军第115师师部及所属部队。
5月初，115师政委罗荣桓南下运河地区检查工作，并巡回传达中共六届六中全会精神，师部工作主要由代师长陈光主持。
5月5日至7日，泰西根据地南面东平县和汶上县的日军出动，先后“扫荡”大汾河南岸地区。
从8日开始，日军先后从泰安、大汶口、宁阳、东阿、平阴、肥城、界首出动，东平、汶上的日军也分路北上，九路日军目标直指第115师所在的泰安西部山区。狡猾的日军采取稳扎稳打、步步为营的战法，先攻占八路军根据地周边地区，然后向中心推进，逐步紧缩包围圈。
陈光根据侦察员报来的各地情况，准确判断出日军是想先“扫荡”山区外围，然后集中摧毁115师指挥中心，于是于8日晚召集各部干部开会，决定分路突围，计划是：
以泰西地委书记段君毅和山东纵队第6支队领导率3团为前卫，以彭雄率山东纵队第6支队7团及115师教导大队、供给部、卫生部随后，陈光率师部和特务营殿后，统一向南突围，准备渡过汶河到南岸地区。
津浦支队由支队长孙继先率领，向西北方向突围，准备转移至大峰山地区。
山东纵队第6支队2团和鲁西区委向西南方向突围，准备向运河方向分散转移。
686团团长张仁初、政委刘西元率1营和2营留在内线山区同敌人周旋，伺机予以打击。
9日上午各部开始按计划行动。
向南转移的前卫部队因熟悉地形，顺利按原计划完成转移。随后的山东纵队第6支队7团，以及115师教导大队、供给部、卫生部等在彭雄率领下，也成功突围，转移至津浦路东地区。
陈光率师部和特务营南行至岈山东面的刘庄地区时，觉得大部队转移到汶河南岸的平原地区，因无险可守，缺乏经验而不便与敌人周旋，又侦察发现汶河南岸有三个相距不远、连成一线的火堆，侦察员报告日军已到河南岸，陈光便决定率部掉头向西北方向转移，准备同津浦支队一样突围到西北方向的大峰山地区。
谁知向西北方向转移的津浦支队此时也未突围出去，他们刚进至陆房东北的朱家庄附近，就被从肥城南下的日军发现，未能突围便折转回来。
10日，陈光率师部向西北转移至安临站的上庄。此时未突围出去的部队，包括师部和特务营、686团1营和2营、津浦支队、山东纵队第6支队一部、鲁西区委、泰西地委等共3000余人。国民党肥城县长及河北民军田家滨部也未能突围出去，要求与八路军一起行动，获陈光同意。
10日晚，陈光召集师参谋处长王秉璋、师政治部副主任黄励、津浦支队长孙继先、686团团长张仁初等开会，讨论突围方案。
经分析讨论，陈光认为：汶河南岸已被敌人封锁，且南岸地区是大平原，无险可守，我们非战斗人员多，又带着上百头骡马等大行李，到平原地区不利，于是决心向西北突围，准备转移到肥城西北的大峰山地区，各部定于11日零点出发。
11日早上，先头部队津浦支队进至北僧台地区，与从肥城南下的一路日军遭遇，孙继先立即率部抢先占领附近的凤凰山制高点，凭险据守。
此时大部队在陆房西北的大董庄、黄土岭地区，与从西面过来的一路日军遭遇，陈光立即指挥部队展开遭遇战：师直机关由特务营掩护，撤退至陆房附近；686团2营立即抢占西面的黄土岭、西南面的肥猪山北部，1营抢占肥猪山中南部和南面的岈山等制高点；师特务营占领东北面的东山岭；非战斗人员也分发富余武器，组织起来进行战斗。各部凭险据守，抗击日军。
日军则凭借兵力和火力优势，向八路军的各阵地疯狂进攻，仅向肥猪山、岈山阵地的进攻就达9次之多。八路军战士打得英勇顽强，激战一天，没有丢失一处阵地，阵地前沿遍布日伪军尸体。
西面一路日军约200余人，曾一度突破津浦支队和686团2营的结合部，逼近了师部所在地陆房，孙继先率领支队1个连和师部警卫连、泰西独立团共800余人，向这股日军发起猛烈进攻，成功将其打退，堵死了结合部缺口。
一直激战到黄昏，日军开始收拢部队，准备露营休息，并点起多堆篝火，防止八路军突围，应是企图等天亮后再进攻。
此时在包围圈外西南方向东平县龙崮村东汶支队检查工作的罗荣桓，一直关心着部队的安全，每隔半小时就发来一次电报，询问情况，商讨突围办法，并告知龙崮村附近没有敌情，可以突围过来。
陈光当机立断，通知各部队抓紧时间，准备转移：命津浦支队护卫泰西地委，并带田家滨部趁隙向南，然后向东突围；命686团护卫师部和鲁西区委向南翻过岈山突围；第6支队2团2营向西突围。
各部随后开始做突围准备，将不便携带的笨重物资等掩埋，将容易因磕碰而发出声响的锅盆等用绳草捆扎，并向各路敌人派出警戒和骚扰小分队。晚22时左右，各部开始分路突围。
张仁初率686团1营和2营护卫着师部和鲁西区委，向南翻过岈山，并在12日渡过汶河，到达汶上县云尾、北陶和南陶地区宿营，13日向西转移到东平县无盐村，与罗荣桓和东汶支队靠拢。
孙继先率津浦支队、师特务营和骑兵连，护卫泰西地委和田家滨部，穿过赵家村、郝家村之间的狭窄道路，沿白家庄干河，经九山沟、黑风口突围，12日黎明时渡过汶河，到达汶上县。
山东纵队第6支队2团2营在营长张杰率领下向西突围，穿过岈山西面的双山，突围至东平县荣花村。
12日上午，日军先是以猛烈炮火向肥猪山、岈山、凤凰山等地攻击，随后冲上山头，却发现八路军早已撤走。日军司令官尾高龟藏不信，亲自赶到前线查看，并下令到处搜查，结果挖出了八路军掩埋的一批被服等物资。不甘心的他下令抓来一批当地百姓，逼问八路军下落，还是一无所获。恼羞成怒的尾高龟藏逼迫一批老百姓穿上挖出来的八路军衣服，照相后全部杀害，以邀功请赏。
此次战斗，八路军共毙伤日军大佐联队长以下上千人，自身伤亡300余人（其中牺牲100余人，伤200余人，含3名连级干部，9名排级干部，20余名班级干部），直属非战斗人员走散50余人，大小行李大部遗失，消耗子弹25000余发，炸弹600余，遗失迫炮1门，步枪50余支。
