1937年8月22日，国民党政府军事委员会发布命令，宣布陕北红军主力改编为国民革命军第八路军（简称八路军）。朱德任总指挥，彭德怀任副总指挥。下辖第一一五、第一二○、第一二九师，共4.6万人。10月21日，又宣布将南方八省十三个地区坚持游击战争的红军和游击队，改编为国民革命军陆军新编第四军（简称新四军），北伐名将叶挺任军长，项英任副军长，下辖第一、第二、第三、第四支队，共1万余人。
　　平型关大捷后，活捉日军战俘成为陈士榘最大心愿
　　为挽救华北危局，八路军改编后立即举行了誓师大会，在总指挥朱德、副总指挥彭德怀率领下誓师出征，由陕西三原、富平经韩城地区东渡黄河，日夜兼程，挺进山西抗日前线。
　　八路军没有辜负民众的期望，入晋不久便取得了震惊中外的平型关大捷。
　　第一一五师下辖两个旅，即陈光为旅长的第三四三旅和徐海东为旅长的第三四四旅。陈士榘时任第三四三旅参谋长。第一一五师在开赴山西北部雁门关一带后，准备与日军进行一次大规模战斗。他们正巧遇上准备夺取太原的日军坂垣师团向山西平型关一带进发。第一一五师师长林彪当即决定发起平型关战斗。
　　平型关战斗发起时，陈士榘被林彪、聂荣臻临时从第三四三旅抽调到师部参与制订作战计划及指挥。按照对付国民党军的惯例，林彪甚至都考虑好战斗结束后将日军战俘送到战区国民党方面去展示，因此战前给战士们作动员时，强调要优待俘虏，准备抓1000个俘虏。这时的日军还真有点儿武士道精神，死也不投降。战斗结果大大出乎所有人的意料，1000多个日军全部战死，一个活着的都没捉到。这么大的伏击战没有抓到一个俘虏，在红军战史上尚无先例。
　　抗日战争开始后，为了抓到一个日军俘虏，中国军队的许多官兵为此付出了代价。平型关战斗时，有一位副营长背起一个半死不活的日本伤兵，准备送往急救站，半路上伤兵稍稍缓过劲儿来，一口咬掉了那位营长的耳朵，气得旁边的一个排长一刀把那个日军的脑袋给砍下来了。还有一位通信员在收电话线时，发现汽车底下躺着一个日军伤兵，受了重伤，呻吟不止。通信员掏出纱布准备为他包扎伤口，那个伤兵却扬手用刀刺进了通信员的腹部，由此可见日军的顽抗到了何等的地步，双方搏杀的残酷程度由此可见一斑。此役，第一一五师发挥了擅于近战和山地战的特长，保证了战斗的突然性，以劣势装备一举击毙日军第五师团辎重队和坂垣师团第二十一旅团一部共1000余人，击毁汽车100多辆、马车200辆，缴获九二式步兵炮1门、轻重机枪20多挺、步枪1000多支以及其他大批军用物资。
　　林彪在战后总结的《平型关战斗经验》中曾专门对俘虏问题指出：“日本兵至死不肯缴枪，一来因日本之武士道的教育、法西斯教育，同时也因他们对中国军民太残暴，恐怕中国人报复。”平型关一战没有一名日军被俘不能不说是林彪乃至第一一五师一大憾事。曾担任过红一军团司令部作战科科长的陈士榘，深知抓获日军俘虏对了解日军作战特点的重要性。从此以后，活捉日军俘虏就成了陈士榘最大的心愿。他把日语“缴枪不杀，优待俘虏”等战场喊话背了个滚瓜烂熟，为抓日军俘虏做好了准备。
　　广阳战斗中，陈士榘如愿以偿，抓获第一个日军俘虏
　　平型关大捷后，第一一五师一分为二：林彪率主力南下支援娘子关方面友军；聂荣臻率领师独立团、骑兵营、第三四三旅的两个连留下开辟晋察冀根据地。此时，日军川岸文三郎第二十师团已突破晋东门户娘子关，并于11月4日拂晓由平定直扑榆次，企图直下太原，迂回忻口方面的阎锡山、卫立煌主力，以解陷入忻口的坂垣师团之围，结果一头撞进了从五台山南下的第一一五师第三四三旅在昔阳县以西广阳地区设置的伏击圈内，一场恶战在所难免。
　　广阳附近山路纵横交错，四周山峦重叠，有的山沟长达数十公里，利于伏击作战，又加上时有山洪暴发，巨大泥石流的冲击，公路已被破坏得不成样子。这时林彪所率的第一一五师的全部人马就只有陈光第三四三旅的两个团（缺6个连）共4000人。在第三四三旅指挥部，陈光对大家说：“这种地形十分有利，对于我们这些经常搞运动战的人，这太重要了。你们看，这里地形复杂，又有些树木，便于部队隐蔽，而日军都是机械化部队，枪炮在这里派不上大用场。他们虽然武器精良，但不灵活，我们在这里伏击他们，即便于隐蔽又利于撤退。”参谋长陈士榘接过话头：“川岸文三郎对自己估计过高，而对我们估计又过低，这正好给了我们一次机会，因为他们必然是疏于戒备，而我们打的是有准备之仗。”
　　伏击圈是林彪在拂晓前部署的，具体分工是：第六八五团由团长杨得志和旅长陈光带领，负责堵截。第六八六团由第三四三旅参谋长陈士榘指挥，负责歼灭伏击圈内的日军。11月3日，战士们从拂晓一直等到下午3时，待日军大部人马通过后，对其后续辎重部队发起攻击。陈士榘指挥第六八六团从两侧的高山上不断向狭长的谷底投弹射击。日军辎重部队的骡马受惊后乱蹦乱跳，将大车拉得东倒西歪。在日军被打得晕头转向的时候，陈士榘果断地命令司号员吹响了冲锋号。指战员们如猛虎下山，迅速冲向公路将敌人切成数段。刹那间，呐喊声、刺刀碰撞声响彻了整个山谷。
　　从广阳战斗中日军第二十师团的抵抗程度来看，远不如平型关战斗中第五师团的表现。陈士榘深知俘敌了解军情之重要，此时不禁又产生了抓俘虏的念头。正在这时，有一伙惊慌失措的日军逃到公路北面的一个洼地顽抗。陈士榘转身将警卫排长叫来，指着洼地说：“你带两个班冲下去，抓几个俘虏！”他从望远镜里目送警卫排朝洼地扑去，心里暗暗高兴。他对这些战士们充满了信心，因为这些人都是旅长陈光从部队一个一个挑选出来的，不仅体格健壮，而且作战勇敢。但是在一阵激烈的枪声过后，警卫排很快就回来了，尽管缴了不少三八大盖，却没抓着一个俘虏，排长气呼呼地说：“他们受武士道精神毒害太深，顽固不化，只好把他们消灭了！”陈士榘听后不免有些失望，随着战斗的展开，日军不断被歼灭，只怕是活捉日军俘虏的愿望又要落空。
　　当夜幕降临时，战斗已基本结束，第六八六团共歼敌500人以上，在向林彪汇报了战况后，陈士榘让团长李天佑将指挥所移进了广阳镇。此时，镇内还有不少残敌在负隅顽抗。陈士榘进入镇子，听到零星的枪声后，又一次激起了抓俘虏的强烈愿望。他顺着枪声，来到了一个小院门口，看到已有不少战士将院子团团围住，一个战士正准备向院子里投手榴弹。“慢着！”陈士榘连忙制止，“有多少鬼子？”“报告参谋长，就一个，钻进了院子，老朝我们打枪。”陈士榘一拍大腿，将手枪拔出：“那还不抓活的，扔什么手榴弹？！”他侧身闪进院门，师侦察科长苏静也跟了进去。陈士榘猫着腰悄悄摸到窗口旁边，用刚刚学会的日语喊道：“缴枪不杀，宽待日本俘虏！”这时院外的战士们也跟着陈士榘用刚学会的日语向里喊话，那名日本兵随后又胡乱放了两枪。陈士榘耐着性子，尽量用温和的口气又喊了几遍。屋里不再放枪，但仍然没有人出来。忽然，从屋里传来生硬的中国话，那声音里充满了恐惧。
　　陈士榘听后一阵惊喜，可等了老半天仍不见屋里有任何动静，他忍不住一脚踹开了房门，借着月光一眼就看见了明晃晃的刺刀，迅速伸手抓住枪管用力一拖，那名日本兵吓得尖叫一声连忙松手，枪被夺了下来。陈士榘定睛一看，那名日本兵缩在墙角一个粮食筐后，粮食挤压他动弹不得，看来挣扎了好一阵，加上紧张恐惧孤身一人抵抗，累得汗水把军衣都浸透了。陈士榘上去一把揪住那个日本兵，费了好大劲儿才将他硬拖了出来。这个日军腰上挎着军刀居然还是官佐，只见他吓得浑身发抖，汗珠从额头上淌下来，将陈士榘的军衣也浸湿了一大片，月光从门窗射进来照在那个日本兵的脸上，别看他没了枪可双手仍死死握着军刀不放，并称刀是日本天皇所授不能交。陈士榘用手枪指着他，毫不客气地伸手一把夺下他的军刀，严肃地告诉他：“你现在是我的俘虏，必须交出所有武器！”这时苏静等人冲进屋子，兴奋地大叫起来：“陈参谋长抓住俘虏了！”
　　陈士榘在回忆录中说：陈参谋长一夺长枪，二夺军刀，活捉日军的消息很快传遍了整个镇子。大家都争先恐后地跑来看，因为这是八路军捉到的第一个日军俘虏。当时在第一一五师引起了轰动，连林彪都被惊动了。经审讯，这个俘虏是日军第二十师团第七十九联队辎重兵曹加藤正夫。