随后，罗荣桓同陈光一道到孟林勘察地形。这孟林是梁山南坡的一片松柏林，“八一”庆祝大会原来就准备在这里召开。现在主席台已经拆掉。罗荣桓和陈光登上半山腰，向东南望，只见茫茫一片高粱和玉米，象是波涛起伏的绿色大海，一直伸展到天边。近处可以看到从汶上过来的大路，稍远一点，路便消失在高粱、玉米丛中。敌人过来时，路两旁的青纱帐是伏击敌人的绝好地方。他们把目光转向西南，只见一里开外的原野上耸立着一座孤零零的山包，象一头卧地的黄牛，叫独山。山周围有些民房，叫独山庄。独山脚下有几座石灰窑，南面紧靠大路有个车马店。这一带很可能会成为战场。
陈、罗定下决心后，陈光便开始调兵遣将，疏散前集和独山庄一带的群众，做好战前准备工作。对于陈光的正确部署，罗荣桓给予支持，但从不越俎代庖。
一切就绪，师部转移到了后集的天帝庙。罗荣桓手摇大蒲扇，拿出一部《水浒》翻看起来。独立旅的政治部主任欧阳文听说要打仗，赶到师部打听消息，只见罗荣桓在看《水浒》，不免有些惊讶。他一面询问敌情及师首长的决心，一面不时瞥一眼罗荣桓手中的《水浒》。罗荣桓晃动着手中的书，笑着说：“在梁山脚下看《水浒》，打鬼子，多有意思啊！”欧阳文也恍然大悟，感到这历史的巧合真有意思。不过，在赵宋年间，梁山的英雄好汉打击的是官军，而八路军今天要消灭的却是穷凶极恶的日寇。
“羽扇纶巾，谈笑间，强虏灰飞烟灭。”如今罗荣桓虽然手持的只是一把普通的蒲扇，穿的只是一件普通的白布衬衫，然而他在大战前镇定从容的气度，仍然给欧阳文留下了不可磨灭的印象。
第二天中午，青纱帐里扬起一阵烟尘，敌人过来了。伪军打头，接着是日军，步兵、骑兵、炮兵，队列整齐，神气十足。本来，陈光命令二连埋伏在大路两旁的青纱帐里，准备打一个伏击，可日军走了另一条路，一直闯到前集。埋伏在庄里庄外的四连和十一连①突然开火。二连听到枪声，立即赶到敌人屁股后面开枪。前后一夹攻，敌人的步兵堵住炮兵，骑兵又冲散了步兵，一下子伤亡四十多人，伪军全部被打散。
①陈光由第六八五团带回的一个连
长田敏江勒住惊马，挥舞指挥刀，下令整理好队伍。然后朝梁山开炮。轰了半个多小时，不见动静。长田以为碰到了游击队，又继续前进。到了梁山西南角，赶到梁山的独立旅的第一团第三营又给以迎头痛击。于是敌人便退守独山庄。这时，天快黑了。
在下午的战斗过程中，罗、陈始终站在后集的山坡上用望远镜观察。当最后证实敌人只有这孤零零的一坨时，他们便下令当晚由师部的三个连和独立旅的三个连从三个方向发起攻击。半夜，敌人退到车马店，用密集的火力进行顽抗。八路军久攻不下。这时，天快亮了，有的干部担心敌人援兵赶到，自己将处于不利地位。
在这一关键时刻，罗荣桓命令第一团速派一名干部到师指挥所来。团政委戴润生赶到。罗荣桓听完他的汇报后说：“敌人是孤军深入，现企图固守待援。但是，郓城、汶上敌人兵力空虚，如果临时抽调，最快要明天中午才能到达。我们已派部队向汶上方向警戒。你们放心打，要集中力量，一鼓作气，争取明天十点以前全歼残敌。”戴告退时，罗荣桓又握着他的手，坚定地说：“有一句俗话，两军相逢勇者胜。一定要把敌人消灭掉！”戴的精神为之一振，立即返回前沿阵地，同周海滨团长一道重新调整部署，向敌人发动总攻。
罗荣桓又亲自打电话给指挥师直三个连队的参谋来光祖，询问战斗情况。当来汇报难免要损坏民房时，罗荣桓立即说：“房子打坏了，战后再赔偿，现在要不顾一切消灭敌人。”于是部队立即在火力掩护下，上房刨开房顶，向房内扔集束手榴弹。敌人支持不住了，开开南门向一片豆地里乱跑。师部骑兵连及时赶到，战士们挥动着闪闪发光的大刀片，象秋风扫落叶一样向敌人砍去。独山庄附近的老百姓也纷纷出来，活捉四散逃跑的敌人。
下午九时，三百余敌人全部就歼。打扫战场时，在一个洼地发现了长田敏江的尸体。
梁山的捷报迅速传开。周围的老百姓纷纷拉来西瓜、猪肉、鸡蛋慰问八路军。人们象赶集一样纷纷前来参观那两门野炮。不仅是老百姓，就是八路军里的老兵也没见过这样大的家伙。
梁山战斗不同于消灭伪军的樊坝战斗，也不同于被动的陆房突围。这是一次在平原地区进行的、以日军为作战对象的成功的伏击战。在双方兵力相当，日军火力处于很大优势的情况下，八路军取得了全歼日军一个大队的战果。战前，许多指战员对于平原作战缺乏信心，战后士气大振，提高了广大指战员坚持平原游击战的信心和勇气。
梁山战斗的胜利，也大大鼓舞了鲁西群众的抗日热情。仅仅半个月，梁山和东平湖之间，就有三千多名青年参加了八路军。
梁山战斗的捷报，迅速传遍全国。中央军委发来了贺电。
梁山战后，尾高龟藏气急败坏，纠集了五千重兵，调动了一百多辆汽车，四十多辆装甲车，开进梁山地区，轮番进行“扫荡”，寻找八路军主力决战。
八路军化整为零，依靠群众，利用青纱帐与敌人周旋，缴获的两门野炮也拆开埋起来①。罗荣桓带着一部电台和少数工作人员，白天进高粱地，晚上找个村子休息。有几次，他们离开驻地才五六里，敌人就包围了他们住过的村庄。有一天，敌人突然从西面闯进了村子，罗荣桓率领指战员从村东头安然脱险。罗荣桓就这样从容不迫地和气势汹汹的敌人“捉迷藏”，有时还派出小部队去袭击迷惑敌人，弄得敌人疲于奔命。
①这两门炮后来被日军挖走
后来，罗荣桓、陈光等住进东平湖里的小岛。罗荣桓一进岛，就带着警卫员到岸边去观察地形，和老乡攀谈，了解湖里的情况。他指示作战参谋，弄清敌人用什么船，使用什么火器，研究如何在湖里与敌人周旋。敌人的机动船，最怕水草缠住螺旋桨。在水浅草多的湖面，靠不上岛。陈、罗利用这个机会，在湖里休整了一段，同时不断派出小部队上岸打汉奸筹款，协助群众躲避敌人的“扫荡”。陈光、罗荣桓也不时上岸活动。
罗荣桓虽然住在湖里，但他对周围的敌情了如指掌。自从梁山战斗之后，他就通过各种途径密切注视着敌人的动向。他把保卫部的侦察员撒到泰安、莱芜、济宁、肥城一带，直接监视敌人的行动。鲁西地方的情报站不断送情报来，当地老百姓也常常向八路军报告敌情。在罗荣桓的脑子里，好象有一幅活的敌情图，记载着敌人的一举一动。有一天，侦察员刘先其回来报告，敌人到了××村。罗荣桓马上说：“你讲的可能不对，快回去重新侦察。”刘又回去侦察，果然在××村没有敌人。侦察员们都很惊奇：罗政委是怎么知道的呢？他向大家解释说：“敌人不会从天上掉下来，是有来龙去脉的。一股敌人有好几百，他一出来就要拉夫，找向导，骚扰百姓，这样就暴露了他们的行动路线，刘先其说的那个村，远离敌人的行动路线，不会有敌人。但是也可能有例外，所以需要再次去侦察。”
在梁山战斗中，八路军俘虏日伪军二十四名，其中有六名日军士兵也下了湖，由保卫部看管。一天拂晓，他们乘看管人员不备逃跑，被捉回三人，淹死一人，失踪二人。失踪者一旦跑进敌人据点，敌人必将下湖“扫荡”，罗荣桓乃决定马上撤离东平湖。
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