1939年夏，日軍對晉察冀邊抗日根據地的“掃蕩”，由冀中平原轉向北嶽山區。
4月，日華北方面軍第1集團軍制定了從5月上旬至6月下旬對五台山地區的“掃蕩”計劃，确定從5月8日開始，先以1周時間，圍殲五台山以南台懷地區八路軍；爾後，再分别由五台、台懷一線和原平、代縣、沙河一線，合擊五台山以西地區八路軍。
此後，再進一步對龍泉關地區和滹沱河谷進行“掃蕩”，徹底摧毀北嶽區抗日根據地。
當時，八路軍第120師第359旅（歸晉察冀軍區指揮）正在晉東北的恒山及五台山地區開展遊擊戰争。
旅直屬隊位于三樓、河浙村、神堂堡、大寨口、大營、沙河地區；第717團主力位于茶鋪、豆村地區；第718團主力位于上寨；第719團主力位于沙河、大營以北。
5月8日至9日，日軍第109師團和獨立混成第3旅團各一部，共5000餘人，分路出犯。
其中，從五台出動的日軍2000餘人經耿鎮、石嘴進犯長城嶺、銅錢溝地區；從豆村出動的日軍1000餘人進犯台懷鎮；從大營出動的日軍1000餘人經白坡頭、大寨口進犯神堂堡，企圖合擊駐阜平以西龍泉關地區的晉察冀軍區領導機關。
針對日軍的企圖，晉察冀軍區令第717團由茶鋪、豆村地區向龍泉關方向轉移，阻擊由五台、豆村東進之敵；令第2平分區第4團及第6大隊向豆村、台懷鎮遊擊，遲滞日不前進；令第359旅旅部率第718團由下寨進至神堂堡地區，相機殲敵。
5月9日，由大營鎮出動之日軍獨立混成第3旅團1個大隊800餘人，沿大寨口、神堂堡向台懷慎進犯，11日到達台懷鎮以北土川裡、盤道村，因前面山路有積雪，不好通行，遂企圖沿原路經神堂堡回撤大營鎮。
第359旅決心利用神堂堡至上下細腰澗一帶有利地形，集中主力，殲敵于運動中。
據此，以第717團由峨河進抵文溪裡一帶，準備參加合擊該路日軍的戰鬥；以第718團和教導營、騎兵大隊預伏于口泉村、青羊口以南，準備伏擊北撤之日軍，以第719團鉗制繁峙和沙河鎮之日軍。
同時，要求晉察冀軍區第2軍分區以适當兵力鉗制五台、豆村方向之日軍。
13日，土川裡、盤道村之日軍由原路向大營鎮撤退，進至口泉村地區時，即遭第718團、教導營和騎兵大隊阻擊，激戰竟日，被殲一部。
當晚，日軍見經神堂堡撤回大營鎮無望，遂改經上下細腰澗撤回大營鎮。
此時，第359旅遂令第718團等部跟蹤追擊，令第717團先敵進至上下細腰澗截擊。
14日晨，企圖撤回大營鎮的日軍在上下細腰澗被第359旅包圍，激戰至15日中午，被殲50