1947年8月，人民解放军晋冀鲁豫野战军主力部队胜利进入大别山。9月下旬，国民党军在连遭解放军打击后，慌忙抽调大别山南部、皖西以及鄂东的大批部队北上，企图以23个正规旅并配以大量地方保安团队，“合围”晋冀鲁豫野战军。

晋冀鲁豫野战军首长针对敌人集中兵力向大别山北部地区实施“合围”，而山南地区仅留少数正规军守备的情况，决定避实就虚，向山南地区实行“积极的，有反击目的的突围，在机动中创造战机，寻歼敌人”。此时，晋冀鲁豫野战军三纵司令员陈锡联率纵队主力正在豫南作战，副司令员郑国仲率领三纵第八旅和第九旅二十七团留在皖西牵制敌人，发现国民党八十八师师部率六十二旅以为皖西解放军力量薄弱，贪功冒进，已成孤军之势，于是一面率部一面尾随侧击，积极诱其向皖西腹地深入，一面向野战军首长和纵队建议集中力量歼灭该敌。

在得到野战军首长“放手歼敌”的命令后，陈锡联立即率三纵主力5个团由商城、固始间东返，隐蔽行军，经7个昼夜，如期赶到霍山、六安之间。对此，敌六十二旅毫无察觉，继续向霍山进犯。

三纵七、八、九3个旅随即对这股敌人实施包围。10月7日，九旅二十五团和敌先头部队发生遭遇战，不久，七旅二十团也向敌人发起攻击。敌人发现对手是三纵主力后立即回窜，企图向六安县城的敌整编第四十六师主力靠拢，三纵各部随即展开追击。

8日午夜，九旅二十六团抓到一个俘虏，经审问得知，敌八十八师师部及六十二旅当夜在张家店宿营。二十六团一面将敌情上报，一面迅速占领张家店西南高地，监视敌人。不久，七旅二十团迅速赶到。经随团行动的七旅旅长赵兰田、九旅旅长童国贵研究决定，对张家店实施包围。

10月9日拂晓，敌军以连为单位对二十团阵地进行试探性进攻，遭到迎头痛击后逃回张家店。天明后，敌人先集中炮火猛轰解放军阵地，接着派出一个团的兵力，向二十团阵地发起多次冲锋，被二十团英勇击退。战至下午，敌人又增加兵力，向二十团阵地全力突围。二十团顽强顶住敌军冲击，旅警卫连和侦察队也投入战斗。与此同时，守卫张家店西南的九旅二十六团，在多次打退敌军进攻后，开始以炮火轰击突围之敌，支援二十团，并派出小部队侧击敌人。下午3时，二十团、二十六团密切配合，终于彻底粉碎了敌人的突围企图。

盘踞在六安的敌四十六师，为解张家店之围，曾出动三个团的兵力接应。担任阻击任务的三纵七旅二十一团，为了保障张家店围歼战顺利进行，在槐树岗、中店子地区设伏打击援敌。援敌以优势兵力发动多次进攻，并动用飞机和炮火狂轰滥炸，却始终无法突破二十一团的阵地。夜间，二十一团主动采取了以攻为守的战法，以连为单位组成数个小分队，对敌实施夜袭。敌人援军直至张家店战斗结束，始终被阻击于距张家店30里外的地区。

9日下午，后续部队赶到。19时，总攻的战斗打响了。经一个多小时战斗，将外围之敌全部肃清。22时，三纵开始了对张家店集镇内敌军的攻击。九旅和纵队配属的炮火射向镇内，迅速摧毁了敌人的防御工事和火力。九旅二十七团从南面首先突入镇内，其他部队迅猛跟进，向纵深冲击。解放军炮兵部队向敌人指挥部抵近射击，将敌人的通讯系统炸毁，导致敌人指挥瘫痪。敌指挥官张世光见状，扔下部队，化装逃走。残敌顿时成了乌合之众，一部企图向东突围，北八旅歼灭，另一部向西逃窜，为九旅消灭。在三纵的猛烈攻击下，敌人成建制地投降。残敌被驱赶到张家店北面的一个小山冈上，被解放军团团包围，不久也全部缴械投降。战斗在10月10日拂晓前胜利结束。

此战，三纵彻底歼灭敌八十八师师部及六十二旅（俘敌4700余人，毙敌900余人），缴获山炮、迫击炮17门及枪支数千件，从此打开了皖西斗争的新局面。