陈赓旅长听了韩东山(一二九师东进纵队副司令)和周希汉同志(三八六旅作战股长)对该地形的实地勘察汇报后，高兴地说：“这是一个很理想的袋形伏击阵地。我们就在这里让小日本鬼子见阎王!”并组织各团干部秘密地详细看了那里的地形、地貌。大家对这个预伏战场也十分满意。陈旅长把部队部署妥当后，命令韦杰的六八八团一部，于1939年2月9日夜袭击了威县城。这支部队首先包围四门，接着，虚张声势，架起云梯攻城。黎明前，迅速向城南撤去。敌人为了报复，10日上午日军盲目出动汽车8辆，分载着日军安田步兵中队(由一名大队长率领)，拖着一门山炮，两门步兵炮，架起重机枪，快速向南追击。

1939年2月10日12时，日军的汽车刚刚开到香城固以北的南草场附近，就遭到我预伏的骑兵连和自行车队的袭击，将敌大队长击伤，击毙了翻译官和向导。当日军还击时，我骑兵连和自行车队故意摆出混乱的队形，往香城固方向且战且退。

骄横的日军哪里想得到这是陈赓旅长的诱敌之计。他们紧跟在骑兵连后边。陈旅长让六八八团一营在香城固负责正面阻击。主力部队埋伏在张家庄、马落堡，补充团一部集结于南香城固、傅辛庄，给日军布下了一个“口袋”。而新一团的主力，则迅速进至张家庄，马落堡以北，切断了日军的退路。

半小时以后，日军尾追到香城固，即遭到六八八团的猛烈阻击，日军的一辆汽车被炸毁。补充团在南香城固的一部分，也与敌人开始了正面战斗，其主力则转移至庄头，迂回敌人左侧背。敌人看正面攻不动，就突然改换方向朝香城固东北角进攻。他们冲进村内，占据了几座民房。但由于我军阻击的火力十分猛烈，将敌人压在里面无法展开。敌人坚持到下午5时左右，不得不向西北方向突围，恰被在张家庄、马落堡的部队阻住，又激战至黄昏。这时，迂回在敌人左侧背的新一团已到耿家庄、康家洼，开始向敌人背后攻击。敌人又想往回逃窜，但退路已被切断。

敌人象瓮中之鳖，被团团包围在大沙滩的中心——凹形洼地。开到这里的日军汽车，大部分陷入沙土中，光打空轮前进不得，只扬起丈余高的沙柱，有两辆开得动的汽车，也被我新一团二营部队用集束的手榴弹炸坏。敌安田中队长惊慌万分，重新组织力量向北面新一团阵地冲击，企图打开突破口。敌人猛烈的炮火，压得战士们抬不起头，炸起的沙尘迷得入连眼也睁不开。

然而，我新一团指战员沉着迎战，同敌人进行着激烈的战斗。团长丁思林一边打，一边大声喊：“坚守阵地，堵住敌人，打出八路军的威风来。”新一团越战越猛，打退日军一次又一次进攻，牢牢地坚守着阵地。敌人进退两难，便使出了狠毒的一招，向我军施放毒气弹。三八六旅的将士虽然有不少人中毒，但陈旅长指挥若定，立即下令向敌人发起冲锋，使敌人在近战中无法再使用毒气弹。随即响起了嘹亮的冲锋号声，各团指战员跃出阵地，端着刺刀，杀声震天，从四面八方冲向日军与日军展开了肉搏战。在指战员的勇猛冲杀下，到深夜12时，整个战斗胜利结束，日军安田中队被我全部歼灭。

经过长达8个小时的硬仗，击毙日军大队长以下250余人，活促了8名俘虏，缴获山炮一门、九二步兵炮两门、迫击炮一门、长短枪数百支，击毁汽车8辆。我军伤亡50人。 刘伯承师长对这次战斗非常赞赏，称这次战斗是：“平原模范伏击战!”当地人民也高兴地编了个顺口溜来歌颂这次战斗：“三八六旅好儿郎，打头的人是陈(赓)王(新亭)。沙滩布下口袋阵，转向湖上设罗网。汽车大炮全击毁，日本鬼子见阎王。解了咱们心头恨，保住咱们好家乡”。

蒋介石和卫立煌分别致电嘉奖三八六旅。蒋介石电文是：“朱总司令玉阶：刘师陈旅努力杀敌，斩获颇重，殊堪嘉许，即希传谕嘉勉。中正寒”。

卫立煌的电文是：“朱总司令、彭副总司令：电敬悉，刘师陈旅聚歼威县南犯之敌，并多俘获，至深欢慰。卫立煌”。

香城固伏击战，开创平原歼敌战光辉范例，被称为平原歼敌第一役。它的胜利对整个冀南解放区震动很大，从而坚定了华北平原抗日军民抗战必胜信心。

为铭记英烈功绩，昭励后人，邱县县委、县政府于2002年修建“香城固伏击战纪念碑”，受教育人数达二十万人次。

2021年，为纪念革命先烈，弘扬红色文化，传承红色基因，由金影视中心、邱县县委指导，潘永生编剧陈宽、导演并主演的红色抗战题材电视剧《香城固战役》立项。