当天夜里，中共地下党组织动员交通线附近的北官庄、马庄和修武县的杨庄、秦屯、李万、罗堡、平陵、李屯等十几个村的群众，把东西长达15华里的官道开挖了100多条横沟，以迟滞敌人行动。同时，95师一部和第四支队在李屯进行部署。正面派部分兵力携轻重机枪各一挺架于西门寨墙上，道路两侧由部队其余兵力选择地形，伪装隐蔽。

4月25日，200余名日军分乘70余辆汽车，从博爱据点出发，汹涌东来。日军先在宁郭杀害无辜群众十余人后，到杨庄看到路面被挖，一面强迫村民为其填沟，一面继续东进。到李屯村外，已是黄昏时分。此时，埋伏的95师和八路军部队以及李屯村民严阵以待。一声令下，正面土炮、抬枪首先开火，接着所有轻重火器一起射击，第一辆汽车被打得退到地雷上，引起爆炸，汽车被掀翻到路沟里，第二辆汽车被打坏横在路上，阻塞了道路。后边的汽车有的被打着了火，有的瘫痪在路上。突如其来的全线打击，令敌人晕头转向，首尾不能相顾，死伤累累。敌人摸不清底细，也不敢冒然前进。激战到天黑，只好丢下汽车，退到韩平陵村。晚上，九十五师和四支队连续作战，不等敌人喘息，夜袭韩平陵。结果除十多名日军顺村北洼地逃跑外，其余全部被歼灭，72辆汽车全部被烧毁。

李屯伏击战一举歼灭日军一个汽车队，创造了焦作附近平原地区首次歼敌110多人的辉煌战绩。这次战斗共缴获机枪二十多挺，大炮一门，其他战利品无数。李屯伏击战的胜利，大大挫伤了日军的侵略气焰，鼓舞了敌后广大军民的抗日情绪，把本地区的民族抗战，推向了一个新的阶段。