1937年10月，日军侵占大同后，继续向南进犯太原。为配合国民党军与侵华日军在忻口展开会战，八路军第120师（师长贺龙，政委关向应）奉命以第358旋第716团深入日军侧后，在代县的广武、雁门关、太和岭间，破击由大同经代县、忻口到太原的公路，打击日军运输队，切断日军的供给线。10月18日，第358旅716团主力在贺炳炎、廖汉生的指挥下，设伏于雁门关以南黑石头沟公路两侧高地。上午10时许，日军军车数十辆，满载兵员弹药，由北向南驶入八路军伏击圈。第120师358旅之716团经与日军多次冲杀，歼敌300人，击毁汽车20余辆。这时，阳明堡之日军来援，第716团一部兵力阻击援军，主力撤出战斗。20日夜，第716团一部复占雁门关，一部破坏雁门关附近的广武至太和岭间公路及桥梁。21日晨，第716团再次设伏至黑石头沟地区。上午9时左右，日军由南向北的军车200余辆和由北而南的军车数十辆相向驶入八路军伏击区。第716团在公路两边高地上，以突然而猛烈的火力居高临下向日军袭击，日军在飞机支援下数次反扑，均被击退，日军损失惨重，尔后第716团适时撤出战斗。

第716团在雁门关的两次伏击战，共歼日军约500人，击毁汽车数十辆，一度截断了繁峙至忻口间的交通，有力地配合了国民党军队与日军正面对阵的忻口战役。

雁门关伏击战，是继平型关大捷后八路军打的又一个较大的胜仗。对于第120师在雁门关配合忻口战役的作战行动，毛泽东在《抗曰游击战争的战略问题》一文中，给予高度评价：“游击战争还有其战役的配合作用。例如，太原北部忻口战役时，雁门关南北的游击战争破坏同蒲铁路、平型关汽车路、阳方口汽车路，所起的战役配合作用，是很大的”。

该遗址南北长1000米，东西宽200米。遗址处现留被炸毁的大桥墩。

雁门关伏击战遗址于1981年8月被代县人民政府公布为代县文物保护单位，2005年9月被代县人民政府公布为代县爱国主义教育基地。