1947年10月中旬，老蒋为长江航道被刘邓大军截断的消息所震慑，急忙飞到九江督促“进剿”，严令整编第四十师和整编第五十二师由湖北黄安、麻城出动，经浠水向广济运动，占领广济。
广济位于湖北西南角的角尖上，占领了广济，就相当于隔断了三纵和其他纵队和联系，造成蒋军分歼刘邓大军各纵队的有利态势。
四十师是蒋军嫡系部队，全部美械装备，师长李振清号称“李铁头”，凶悍善战，自鲁西南追踪刘邓大军到大别山区。
刘邓首长深入分析敌我态势后，认为可以在高山铺设法打四十师，给蒋军当头一棒。
决心既定，刘邓开始下达作战命令，各纵队紧急行动起来。刘邓命令杨勇（1955年成为开国上将）率一纵主力诱敌第四十师到高山铺。
一纵主力这时正在广济一带，司令员杨勇接到命令后，决定派出一支疑兵诱敌深入，再将其敌人一举歼灭。
为此，杨勇命令中原独（立）旅四团三营九连和旅侦察队作为疑兵，伪装成游击队，在刘公河、漕河镇公路沿线与整编第四十师接触，且打且走。
李铁头举着望远镜观察，见前方山头上阻击的解放军服装杂乱、装备破旧，料定是地方游击部队，便没有放在心上，率领整编第四十师大胆前进。
整编第四十师就这样被杨勇派出的疑兵所引诱，于10月26日乖乖地到达高山铺。
高山铺位于广济至浠水的公路线上，在蕲春以南，紧靠蕲春，是一个四面环山的小盆地，地形险要，是一个难得的伏击战场。
当四十师向高山铺前进时，杨勇、苏振华率一纵主力抢占高山铺东、南、北三面的山头。
六纵司令员王近山、政委杜义德等到四十师进入高山铺山后，立即指挥六纵从机动地区杀出，抢占敌人尾部的制高点，堵住了四十师的退路。
二纵和三纵一部作为预备队在蕲春地区集结。
刘邓首长命令杨勇兼任前线指挥部司令员，指挥全部战役。
10月26日上午，李铁头率整编第四十师进入高山铺，继续沿浠广公路向南前进，立即遭到一纵一旅的顽强阻击。
李铁头大难临头，直到此时仍没有醒悟过来，仍然以为是碰到了刘邓大军的小部队。
他调整队形，命手步兵部队在飞机的配合下，向我军一纵一旅阵地发动集团冲锋。
激战一天，四十师始终未能前进一步，这时李铁头才感到事情不妙，情报有误，可能是刘邓大军的主力已经到了。
李铁头命令部队稍事休息后，即出动攻占子女山、蜈蚣山、蚂蚁山等周围制高点。
当晚大雨倾盆，使得山路特别湿滑，再加上蒋军是向上仰攻，因此打得十分吃力，屡次攻击均遭失败。
刘邓大军的一、六两个纵队的6个旅和中原独（立）旅共7个旅牢牢地控制住了高山铺阵地，四十师已被牢牢地包围在高山铺的小盆地里。
第二天，即1947年10月27日，杨勇、苏振华命令各部队发起总攻，正式打响了名垂军史的高山铺战斗！
上午8时半，一纵一旅就近攻击整编第四十师的师部，没费多大力气就将其歼灭了。
四十师失去“大脑”的指挥，各部顿时大乱，二旅、中原独（立）旅立即发起攻击、这两个旅猛打猛插，歼灭整编第四十师的大部人马。
六纵在司令员王近山、政委杜义德指挥下，对敌第五十二师八十二旅展开猛攻。八十二旅不战自溃，与四十师残兵向独山、十里铺逃去。
一时之间，盆地里满是溃乱逃命的蒋军官兵，军械丢得遍地都是。
蒋军官兵脱掉棉衣，扔下枪支，夺路狂逃，不少人被踩踏而死或掉进山涧溪水。
当大群败兵逃到高山铺西南的安山时，立即遭到在这里布防的六纵一部的痛击。
败兵被赶到山沟里的稻田里，这里本来泥泞不堪，大雨和山洪则干脆把这片泥泞地区变成泽国和泥潭。
于是战场上出现了非常有趣的一幕——解放军战士费了很大的劲，去把蒋军败兵一个个从泥水里拉出来，最终我军将士抓了上万名狼狈不堪的“泥兵”。
10月27日下午2时，敌整编第四十师主力和第八十二旅大部被歼，取得一场名垂军史的大胜。
战斗结束后又出现了非常有趣的一件事——当我军将士押着大批俘虏撤离战场时，高山铺上空竟突然出现了两架从武汉飞来的蒋军飞机，投下许多包子、馒头、大饼、水果以及弹药，这些从天而降的物资，又给大胜之后的将士们带来一个惊喜。
在这次战斗中，刘邓大军只用了不到两天，竟一举歼灭四十师师部、3个旅部、5个团的蒋军共12600多人，缴获各种火炮33门，机枪370多挺，各种武器、军需无数。此战也是刘邓大军粉碎蒋军对大别山进攻的第一个重大胜利。