刘邓大军主力进入鄂东后，连克团风、浠水、英山、广济（梅川）、武穴等重要城镇。在皖西夺取张家店战斗全胜的第三纵队，也进至长江北岸之舒城、庐江、潜山地区，并攻克长江岸上之望江及其东南之华阳镇。解放军控制长江北岸达300余里，威震大江南北。正在庐山的蒋介石惧怕刘邓大军即将渡江，十分惊慌，一边调海军总司令桂永清到九江指挥舰队封锁江面，一边急令第二〇三师从九江伸至北岸之蕲春、黄梅，新十七旅在军舰配合下进至解放军已撤退的武穴，又严令自豫南掉头尾追刘邓大军进入鄂东地区的第四十师及第五十二师之八十二旅兼程东进，由浠水经蕲春沿公路进犯广济，伏击解放军侧背，阻止解放军渡江。

1947年10月24日，敌整编第四十师辖三十九旅（欠一个团）、一〇六旅，连同第五十二师之八十二旅共有5个步兵团的兵力，在蒋介石的直接驱使下，由浠水沿蕲广公路东进。敌人孤军来追，正是解放军求之不得的良机。刘伯承、邓小平早就有计划调动敌人打一个较大的歼灭战，把敌人的气焰打下去，以利于创建大别山根据地。现在敌人孤军冒进，且十分疲惫， 而周围援敌又不多，这是歼灭该敌的大好时机。但是，从大军当时情况来看，打一个较大的歼灭战有很多困难：第一，大军刚到大别山，群众尚未发动，后方供应、伤员安置极为困难；第二，部队由平原到山地，从北方到南方，生活不习惯，地理不熟悉，且大多数干部和战士缺乏山地作战经验。刘邓大军进入大别山后，尚未打过大的歼灭战，因而这一仗打得好坏，将影响部队士气及大别山工作的开展。野战军司令部根据这些情况，为了有把握地、以小的代价歼灭该敌，在敌开始由浠水向广济进犯时，即一面组织指挥员侦察地形，准备战场，集结主力准备歼敌；一面观察敌情。10月25日， 敌进至蕲春东北的漕河镇地区。这时，周围敌情无变化，解放军已完成了地形的侦察，刘、邓首长决定“在敌人必经的、对我极有利的高山铺地区，以预伏的手段歼敌于运动之中”。

高山铺，位于鄂皖公路的蕲（春）广（济）交界处。西由十里铺的狭口进入，中经高山铺、清水河，东至与广济接界的东界岭。这一线公路两侧，山峦重迭，自西而东，北有马骑山、父子坳、牛角地、麻寅山、蜈蚣山、紫玉山、洪武垴；南有独山、李家寨山、大旺寨山、豹子头、簸箕尖、茅庵山、高阳山；前有东界岭，后有虎形地， 南北对峙，东西紧锁，形成一条长14里、宽两三里的狭长谷地。控制这些制高点，居高临下，瞰制敌人，是大量歼敌的好地方。

为了打好这次歼灭战，野战军指挥部决定，在高山铺地区之东、北、南三面设伏，兜击敌人，并作了周密部署。以第一、第六纵队为第一梯队，由第一纵队司令员杨勇、政委苏振华统一指挥，完成对敌之包围，并置重点于西北及南面，防敌逃走。归第一纵队指挥的中原独立旅旅长兼政委张才千率部沿公路运动，阻滞并诱骗敌人至我设伏地区。第二纵队为战役预备队，限26日前集结在黄梅西北大河铺地区。第三纵队以4个团于28日在蕲春北部的张家塝地区集结待命，准备参加作战，主力则积极活动，牵制皖西的敌军，不使其西援。另以鄂豫军区部队积极活动，牵制罗田、宋埠之敌。

25日，敌整编第四十师及八十二旅从浠水进入蕲春，当晚分别宿于三家店、漕河镇。刘邓大军参战各部迅速作向心集结：

第一纵队一旅由广济梅川开向麻寅山、紫玉山、洪武垴、东界岭；二旅留第四团钳制武穴之敌，主力开向广济伍家冲及蕲春高阳山；十九旅由胡家凉亭南开向清水河东北之黄花铺、管家湾，为纵队预备队。

中原独立旅自莲花庵开向清水河东南，其先行部队于当晚抵茅庵山西侧簸箕尖及大旺寨构筑工事，并派出一小支分队化装成地方游击队，运动于高山铺、三家店东公路两侧，诱敌至解放军设伏地区。由独立旅指挥的第一纵队二十旅五十九团进抵茅庵山至大旺寨第二线，为预备队。

第六纵队抽调十七旅四十九团一、三营，十八旅五十四团二营共1个团的兵力组成先遣队，由十七旅参谋长宗书阁、四十九团团长苟在合率领，于25日上午10时自上巴河提前追踪，主力于下午2时按十八、十七、十六旅（各缺1个团）的序列相继跟进，当晚到达洗马畈。

26日，刘伯承、邓小平率领野战军司令部由范湾南下，移驻高山铺东北40里的胡家凉亭云林宫，就近指挥战斗。

是日晨，敌从漕河镇、三家店继续沿公路向前蠕动。中原独立旅派出化装成地方游击队的小分队，在浠蕲边游击队的配合下，边打边退，诱敌入伏。上午9时，被诱至高山铺地区的敌八十二旅前卫，向刚占领麻寅山南侧高地的第一纵队一旅二团二营连续猛攻，均被击退。时值天雨濛濛，大雾弥漫，观察困难，敌仍以为是少数部队掩护主力转移，仅以少量兵力控制公路两侧小山，主力继续东进。10时左右，敌进至洪武垴之西山腰，解放军堵口部队第一纵队一旅一团二营尚在开进途中，当即与敌展开激烈争夺战。敌刚接近山梁时，解放军先敌登上洪武垴山顶的第五连及警卫排猛扑下来，将敌击退， 堵住了北路口。这时，敌1个连占领了东界岭，解放军一团七连接连4次冲击，二排冲上山顶，与敌白刃格斗，夺回了东界岭。洪武垴与东界岭是高山铺通往广济的咽喉要道，是解放军歼敌的最后抗击线， 敌人如越过这条线，就超出了刘邓首长预定歼敌的作战地区，将为全歼该敌造成很大困难。因此，敌拼命争夺，解放军坚决扼守，战斗十分激烈。正当敌遭阻击难以前进时，敌武汉行辕发来电报给整编第四十师打气：“高山铺最多只有共军1个旅，可以放心大胆前进! ”蹲在蕲州的第四十师师长李振清用电话催促：“加速前进，到武穴见面! ”武汉行辕还派出空军助战。

在飞机和炮火支援下，解放军洪武垴阵地几次得而复失，形成拉锯战。战至黄昏，反复争夺易手达13次之多。敌终因伤亡惨重， 被迫停于山腰。随后，敌又改其左翼迂回洪武垴阵地，亦被解放军击退，始终未能越过伏击圈。敌前进不能，但仍未发觉已被解放军全面包围和解放军将对其发起总攻的意图。当夜，敌第四十师和八十二旅分别在清水河与高山铺谷地宿营。

深夜11时许，刘邓大军前线指挥部在紫云山召开作战会议，根据敌分布态势，重新调整了部署，决定于27日对敌发起总攻。27日凌晨，敌第四十师得知八十二团西窜受阻，后路已断，乃组织一批“敢死队”猛攻我兵力薄弱的李家寨、大旺寨西侧山头，妄图掩护主力向南突围。这时，第六纵队主力已按部署冲向阵地，将敌“敢死队”打烂。与此同时，敌在东线向洪武垴、麻寅山发起的攻击，也被解放军一一打退。至此，解放军在阵地上，已构成17个团对5个团的压倒优势。前线指挥部采纳第六纵队建议，把总攻时间提前到9时正，刘邓大军一旅、二旅五十九团、独立旅四团及十九旅之一部，

分别向清水河出击；十七旅、十八旅、十九旅主力和独立旅一团二、三营，分别向高山铺方向出击。解放军居高临下，勇猛冲击，迅速将敌分割成数段。经过1小时激战，敌已溃不成军，拼命沿公路向西南逃窜。解放军当即占领了高山铺、清水河，并乘胜展开追击。敌逃至高山铺西南独山、十里铺地区，又遭预伏在这里的第六纵队的迎头痛击。敌已完全丧失抵抗能力，陷入混乱状态。最后，全被压到烂泥没膝的稻田里，纷纷举手投降。下午2时，战斗结束，敌1个师部、3个旅部、5个团被全歼。共击毙、击伤、俘虏敌人12600余名，缴获其全部装备和大批军用物资，并击落敌机1架。解放军伤亡900余人，中原独立旅政治部主任旷铁于27日堵击战中英勇牺牲。

这一仗，再次粉碎了敌人破坏刘邓大军在大别山立足生根的所谓“追歼围攻”计划，沉重地打击了敌军和地方反动势力的气焰， 大大提高了大军在无后方依托和山地条件下作战的信心，鼓舞了群众的斗争热情，为进一步发动群众，创建大别山根据地，创造了极为有利的条件。29日，中共中央致电刘伯承、邓小平，祝贺刘邓大军歼灭四十师及八十二旅之伟大胜利。