梁山战斗发生在日军长田大队遭遇八路军115师伏击的时候。战斗异常激烈，双方损失惨重。日军依靠强大的炮火支援，多次发动攻击，试图占领岗子北坡。尽管如此，八路军十连凭借顽强的抵抗，将敌人一次次击退。在日军发动第七次进攻时，十连的防守开始显得力不从心，原本三十人的一排，伤员增多，只有十几人还能坚持。眼看岗子即将失守，情况十分危急，十一连从右侧迅速增援，和日军展开了激烈的肉搏战。在惨白的月光下，战场上到处是刀光剑影，鲜血四溅，尸体遍地。经过一番艰苦的奋战，八路军成功打垮了日军第七次进攻。 与此同时，日军在十二连控制的围墙区域发动了七八次冲锋，均以失败告终。此时，长田大队已经无法继续进攻，只得指挥部队撤退到村子内固守，等待增援。八路军方面同样因伤亡较重暂停了总攻，战斗暂时陷入僵持状态。
随着部队伤亡的增加，前沿指挥员面临的压力也越来越大。一些干部开始担心，若敌人增援到来，八路军的进攻可能会受到影响。针对这一情况，陈光和罗荣桓在前集村的师指挥所进行了讨论。他们认为，汶上敌人的兵力较为薄弱，就算能调集增援，最快也得等到第二天中午才能赶到梁山。因此，他们决定一方面派出骑兵连进行侦察，监视并阻击可能的敌人增援，另一方面鼓励前线部队放心攻击，不必担心敌人的增援，力争在第二天上午十点之前全歼敌人残余部队。 八路军前沿部队随即重新展开攻击，并开始用日语喊话进行政治攻势。此举威慑了敌军，当场有三名日军投降。长田虽然负伤，但仍然坚持指挥部队反击。八路军占领的房屋和院落遭到日军猛烈炮击，许多房屋被炸成废墟，攻击也因此再次停顿。 1939年8月2日拂晓，三营决定集中所有轻重机枪作为掩护，组织突击队发起新一轮进攻。突击队首先登上房顶，挖开几个窟窿，将手榴弹投掷进屋内。炸弹爆炸时，敌人被炸得血肉横飞，未被炸死的日军纷纷破门而出，试图逃入青纱帐。但早有准备的骑兵连战士们飞马冲上前，进行追击，或斩杀或俘虏，最终将敌人一网打尽。 战斗结束后，所有日军的尸体被集中拖到村外，其中包括长田大队的指挥官长田。他的胸口被一把战刀洞穿，尸体正好以十字形摆放。经过这场战斗，长田大队几乎被115师全歼，八路军还俘获了24名敌人，其中包括炮兵观测手水野靖夫。八路军还收获了大量的战利品，包括日军的野炮和步兵炮。这场战斗不仅是山东八路军的首次歼灭战，也是山东战场上首次以劣势装备成功全歼日军大队的战例。战斗第二天，八路军总部便发来嘉奖电，表彰此次战斗为模范战例。蒋介石也随后发电对这场胜利表示嘉奖，并送来了三万元慰问金。据传，日军高层对此次战斗高度关注，特指令相关部门编写了名为《陈光部作战研究》的小册子，要求日军基层部队在与115师作战时特别小心。
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