1937年8月22日，國民政府軍事委員會發(fā)布命令，宣布陜北紅軍主力改編為國民革命軍第八路軍（簡稱八路軍）。朱德任總指揮，彭德懷任副總指揮。下轄第一一五、第一二○、第一二九師，共4.6萬人。10月21日，又宣布將南方八省十三個地區(qū)堅持游擊戰(zhàn)爭的紅軍和游擊隊，改編為國民革命軍陸軍新編第四軍（簡稱新四軍），北伐名將葉挺任軍長，項英任副軍長，下轄第一、第二、第三、第四支隊，共1萬余人。

      為挽救華北危局，八路軍改編后立即舉行了誓師大會，在總指揮朱德、副總指揮彭德懷率領下誓師出征，由陜西三原、富平經韓城地區(qū)東渡黃河，日夜兼程，挺進山西抗日前線。
       八路軍沒有辜負民眾的期望，入晉不久便取得了震驚中外的平型關大捷。
      第一一五師下轄兩個旅，即陳光為旅長的第三四三旅和徐海東為旅長的第三四四旅。陳士榘時任第三四三旅參謀長。第一一五師在開赴山西北部雁門關一帶后，準備與日軍進行一次大規(guī)模戰(zhàn)斗。他們正巧遇上準備奪取太原的日軍坂垣師團向山西平型關一帶進發(fā)。第一一五師師長林彪當即決定發(fā)起平型關戰(zhàn)斗。
      平型關戰(zhàn)斗發(fā)起時，陳士榘被林彪、聶榮臻臨時從第三四三旅抽調到師部參與制訂作戰(zhàn)計劃及指揮。按照對付國民黨軍的慣例，林彪甚至都考慮好戰(zhàn)斗結束后將日軍戰(zhàn)俘送到戰(zhàn)區(qū)國民黨方面去展示，因此戰(zhàn)前給戰(zhàn)士們作動員時，強調要優(yōu)待俘虜，準備抓1000個俘虜。這時的日軍還真有點兒武士道精神，死也不投降。戰(zhàn)斗結果大大出乎所有人的意料，1000多個日軍全部戰(zhàn)死，一個活著的都沒捉到。這么大的伏擊戰(zhàn)沒有抓到一個俘虜，在紅軍戰(zhàn)史上尚無先例。
      抗日戰(zhàn)爭開始后，為了抓到一個日軍俘虜，中國軍隊的許多官兵為此付出了代價。平型關戰(zhàn)斗時，有一位副營長背起一個半死不活的日本傷兵，準備送往急救站，半路上傷兵稍稍緩過勁兒來，一口咬掉了那位營長的耳朵，氣得旁邊的一個排長一刀把那個日本兵的腦袋給砍了下來。還有一位通信員在收電話線時，發(fā)現(xiàn)汽車底下躺著一個日軍傷兵，受了重傷，呻吟不止。通信員掏出紗布準備為他包扎傷口，那個傷兵卻揚手用刀刺進了通信員的腹部。由此可見日軍頑抗到了何等的地步，雙方搏殺的殘酷程度由此可見一斑。此役，第一一五師發(fā)揮了善于近戰(zhàn)和山地戰(zhàn)的特長，保證了戰(zhàn)斗的突然性，以劣勢裝備一舉擊斃日軍坂垣師團輜重隊和坂垣師團第二十一旅團一部共1000余人，擊毀汽車100多輛、馬車200輛，繳獲九二式步兵炮1門、輕重機槍20多挺、步槍1000多支以及其他大批軍用物資。
      林彪在戰(zhàn)后總結的《平型關戰(zhàn)斗經驗》中曾專門對俘虜問題指出：“日本兵至死不肯繳槍，一來因日本之武士道的教育、法西斯教育，同時也因他們對中國軍民太殘暴，恐怕中國人報復。”平型關一戰(zhàn)沒有一名日軍被俘不能不說是林彪乃至第一一五師一大憾事。曾擔任過紅一軍團司令部作戰(zhàn)科科長的陳士榘，深知抓獲日軍俘虜對了解日軍作戰(zhàn)特點的重要性。從此以后，活捉日軍俘虜就成了陳士榘最大的心愿。他把日語“繳槍不殺，優(yōu)待俘虜”等戰(zhàn)場喊話背了個滾瓜爛熟，為抓日軍俘虜做好了準備。

      平型關大捷后，第一一五師一分為二：林彪率主力南下支援娘子關方面友軍；聶榮臻率領師獨立團、騎兵營、第三四三旅的兩個連留下開辟晉察冀根據地。此時，日軍川岸文三郎第二十師團已突破晉東門戶娘子關，并于11月4日拂曉由平定直撲榆次，企圖直下太原，迂回忻口方面的閻錫山、衛(wèi)立煌主力，以解陷入忻口的坂垣師團之圍，結果一頭撞進了從五臺山南下的第一一五師第三四三旅在昔陽縣以西廣陽地區(qū)設置的伏擊圈內，一場惡戰(zhàn)在所難免。
      廣陽附近山路縱橫交錯，四周山巒重疊，有的山溝長達數十公里，利于伏擊作戰(zhàn)，加上時有山洪暴發(fā)，巨大泥石流的沖擊，公路已被破壞得不成樣子。這時林彪所率的第一一五師的全部人馬就只有陳光第三四三旅的兩個團(缺6個連)共4000人。在第三四三旅指揮部，陳光對大家說：“這種地形十分有利，對于我們這些經常搞運動戰(zhàn)的人，這太重要了。你們看，這里地形復雜，又有些樹木，便于部隊隱蔽，而日軍都是機械化部隊，槍炮在這里派不上大用場。他們雖然武器精良，但不靈活，我們在這里伏擊他們，既便于隱蔽又利于撤退。”參謀長陳士榘接過話頭：“川岸文三郎對自己估計過高，而對我們估計又過低，這正好給了我們一次機會，因為他們必然是疏于戒備，而我們打的是有準備之仗。”
      伏擊圈是林彪在拂曉前部署的，具體分工是：第六八五團由團長楊得志和旅長陳光帶領，負責堵截。第六八六團由第三四三旅參謀長陳士榘指揮，負責殲滅伏擊圈內的日軍。11月3日，戰(zhàn)士們從拂曉一直等到下午3時，待日軍大部人馬通過后，對其后續(xù)輜重部隊發(fā)起攻擊。陳士榘指揮第六八六團從兩側的高山上不斷向狹長的谷底投彈射擊。日軍輜重部隊的騾馬受驚后亂蹦亂跳，將大車拉得東倒西歪。在日軍被打得暈頭轉向的時候，陳士榘果斷地命令司號員吹響了沖鋒號。指戰(zhàn)員們如猛虎下山，迅速沖向公路將敵人切成數段。剎那間，吶喊聲、刺刀碰撞聲響徹了整個山谷。
      從廣陽戰(zhàn)斗中日軍第二十師團的抵抗程度來看，遠不如平型關戰(zhàn)斗中第五師團的表現(xiàn)。陳士榘深知俘敵了解軍情之重要，此時不禁又產生了抓俘虜的念頭。正在這時，有一伙驚慌失措的日軍逃到公路北面的一個洼地頑抗。陳士榘轉身將警衛(wèi)排長叫來，指著洼地說：“你帶兩個班沖下去，抓幾個俘虜！”他從望遠鏡里目送警衛(wèi)排朝洼地撲去，心里暗暗高興。他對這些戰(zhàn)士們充滿了信心，因為這些人都是旅長陳光從部隊一個一個挑選出來的，不僅體格健壯，而且作戰(zhàn)勇敢。但是在一陣激烈的槍聲過后，警衛(wèi)排很快就回來了，盡管繳了不少三八大蓋，卻沒抓著一個俘虜，排長氣呼呼地說：“他們受武士道精神毒害太深，頑固不化，只好把他們消滅了！”陳士榘聽后不免有些失望，隨著戰(zhàn)斗的展開，日軍不斷被殲滅，只怕是活捉日軍俘虜的愿望又要落空。
      當夜幕降臨時，戰(zhàn)斗已基本結束，第六八六團共殲敵500人以上。在向林彪匯報了戰(zhàn)況后，陳士榘讓團長李天佑將指揮所移進了廣陽鎮(zhèn)。此時，鎮(zhèn)內還有不少殘敵在負隅頑抗。陳士榘進入鎮(zhèn)子，聽到零星的槍聲后，又一次激起了抓俘虜的強烈愿望。他順著槍聲，來到了一個小院門口，看到已有不少戰(zhàn)士將院子團團圍住，一個戰(zhàn)士正準備向院子里投手榴彈?！奥?！”陳士榘連忙制止，“有多少鬼子？”“報告參謀長，就一個，鉆進了院子，老朝我們打槍?！标愂块耙慌拇笸龋瑢⑹謽尠纬觯骸澳沁€不抓活的，扔什么手榴彈？！”他側身閃進院門，師偵察科長蘇靜也跟了進去。陳士榘貓著腰悄悄摸到窗口旁邊，用剛剛學會的日語喊道：“繳槍不殺，寬待日本俘虜！”這時院外的戰(zhàn)士們也跟著陳士榘用剛學會的日語向里喊話，那名日本兵隨后又胡亂放了兩槍。陳士榘耐著性子，盡量用溫和的口氣又喊了幾遍。屋里不再放槍，但仍然沒有人出來。忽然，從屋里傳來生硬的中國話，那聲音里充滿了恐懼。
       陳士榘聽后一陣驚喜，可等了老半天仍不見屋里有任何動靜，忍不住一腳踹開了房門，借著月光一眼就看見了明晃晃的刺刀，迅速伸手抓住槍管用力一拖，那個日本兵嚇得尖叫一聲連忙松手，槍被奪了下來。陳士榘定睛一看，那個日本兵縮在墻角一個糧食筐后，糧食擠得他動彈不得，看來掙扎了好一陣，加上緊張恐懼孤身一人抵抗，累得汗水把軍衣都浸透了。陳士榘上去一把揪住那個日本兵，費了好大勁兒才將他硬拖了出來。這個日本兵腰上挎著軍刀，居然還是官佐，只見他嚇得渾身發(fā)抖，汗珠從額頭上淌下來，將陳士榘的軍衣也浸濕了一大片。月光從門窗射進來照在那個日本兵的臉上，別看他沒了槍，可雙手仍死死握著軍刀不放，并稱刀是日本天皇所授不能交。陳士榘用手槍指著他，毫不客氣地伸手一把奪下他的軍刀，嚴肅地告訴他：“你現(xiàn)在是我的俘虜，必須交出所有武器！”這時蘇靜等人沖進屋子，興奮地大叫起來：“陳參謀長抓住俘虜了！”
       陳士榘在回憶錄中說：陳參謀長一奪長槍，二奪軍刀，活捉日軍的消息很快傳遍了整個鎮(zhèn)子。大家都爭先恐后地跑來看，因為這是八路軍捉到的第一個日軍俘虜。當時在第一一五師引起了轟動，連林彪都被驚動了。經審訊，這個俘虜是日軍第二十師團第七十九聯(lián)隊輜重兵曹加藤幸夫。