励率领师机关和直属队，包括刚从晋东南过来的的大部分人员，仍以东进支队名义到津浦路东，统一指挥１１５师已到路东的各个单位。
５月４日，北方局通知，根据中共中央书记处的决定，要组织八路军第１纵队，统一指挥新黄河以北山东和江苏境内的八路军各部队，徐向前为司令员，朱瑞为政治委员。不久成立了山东军政委员会，由朱瑞、徐向前、郭洪涛、陈光、罗荣桓、张经武和黎玉组成，朱瑞为书记。
由于６８６团在陆房战斗中伤亡较大，在师部机关东进后，罗荣桓和陈光商量，让６８６团到东平湖一带进行休整补充。于是，陈光和罗荣桓所率领的师部，就只剩下百把人的机关和３个连队（即６８６团２连、４连和骑兵连）的警卫部队。当时，１１５师部队除萧华纵队在冀鲁边以外，绝大部分仍在路西；运西区有杨勇的独立团，泰西区有６８６团和已归１１５师指挥的山东纵队第６支队，湖西有第６８５团。运西、湖西和泰西，这３个地区在津浦路以西，按“品”字形摆开。然而，这３块根据地还没有联成一片，还有待于进一步巩固，并向陇海路南、津浦路东发展，陈光和罗荣桓仍然留在鲁西筹划和经营这几块根据地。
５月下旬，１１５师接到中央的指示，苏鲁豫支队（即第６８５团）应继续分兵到徐州东南。为此，要跨越陇海和津浦两条铁路，任务十分艰巨。６月初，八路军总部来电，明确指示：“６８５团应归还第１１５师建制，直属陈、罗指挥。”陈光同罗荣桓商量后，决定亲自到湖西去，指挥苏鲁豫支队向徐州东南展开。
陈光带一个警卫排走后，罗荣桓身边的人就更少了。杨勇建议他转移到运西去。但罗荣桓认为，当时小麦未收，有些地方的青纱帐已起，到处都可以隐蔽，只要随时提高警惕，安全是不成问题的。在这以后的一段时间内，罗荣桓就是带着这支只有二三百人的队伍，活动于泰西的广大农村中。后来，因为日军的围追堵截，罗荣桓才带着这支队伍转到运西地区。
天皇的亲戚命丧水泊梁山
１９３９年７月，原来留在鲁西开辟抗日根据地的杨勇所率部队，即樊坝战斗后组建的１１５师独立团，在梁山西北的黑虎庙正式组建为１１５师独立旅，杨勇任旅长兼政委。
７月下旬，罗荣桓到达梁山宋江寨以北的前集。这时，陈光从湖西检查工作后，带着从苏鲁豫支队调来的一个连队，也到达这里，与罗荣桓会合。
梁山，位于运河以西、黄河南岸，古时曾多次被溃决的黄河水所包围，一度汪洋数百里，故称水泊梁山。金代以后，黄河改道，梁山的水也逐渐退去，到近代就成了干涸的平地。由于施耐庵所著的《水浒》里描写了一百单八将在梁山泊聚义的故事，梁山因此而闻名于世。如今虽然断金亭、聚义厅、黑风口、宋江马道等景点，不过是平地上隆起的几个１００多米高的小山包而已，然而，“山不在高，有仙则名”，到抗日战争时期，１１５师在这里导演出一场有声有色的战争活剧。１９３９年８月１日，前集呈现出一派节日景象。指战员们早就安排了文艺节目，正搭台子、栽杆子，拉起庆祝“八一”建军节的横幅标语，准备召开庆祝大会。这时，师部突然接到地方情报站派人送来的情报：有一股敌人从汶上出动，带了４门大炮，有向梁山开来的迹象。陈光和罗荣桓一面命令继续严密侦察，监视敌人，一面通知各部队，庆祝大会停开，做好战斗准备。看来，１１５师只好以作战来纪念建军节了。事情是这样的，１１５师挺进山东以后，使驻济南的日军大为恐慌。特别是继日军９路围攻１１５师，并在陆房遭到彻底失败后，日军３２师团一个大队，由济南出发，经泰安、汶上等地，气势汹汹地向郓城方向扑来。领头的是大队长长田敏江少佐。此人官虽不大，但很有来头。他是天皇的亲戚，来华之前曾受过天皇的召见。这次他护送炮兵野尻小队连同两门意大利野炮到另一支部队，执行攻击八路军的任务。这两门大炮再加上两辆拉弹药的炮车，煞是威风，因此被八路军的地下侦察员误认为是４门大炮。
听到这送上门来的买卖，陈光激动地对罗荣桓说：“吃掉它，不能让它跑掉！”
据侦察，这股日军是孤立的，没有后续部队，也没有其他敌人策应。梁山周围没有日军的据点，稍远一点的东平、济宁、郓城、阳谷等地，敌人也没有增兵。现在１１５师在梁山附近的兵力只有师部的４个连，因当时正是夏季，青纱帐便于八路军隐蔽活动。梁山南面杨勇的独立旅，远不过３０里，随时可以增援。这是一个不可多遇的战机，罗荣桓同意了陈光的意见。
随后，陈光与罗荣桓一起到孟林勘察地形。这孟林是梁山南坡的一片松林。陈、罗二人登上半山腰，向东南望去，只见茫茫一片高粱和玉米地，像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。日军过来时，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，只见一里开外的地方耸立着一座孤零零的山包，像一头卧地的黄牛，这个山包叫独山，山的周围有些民房，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。
这时，侦察员又来报告，日军继续向这一方向开来，没发现有后续部队，这就证明了这股日军是孤军深入之敌。因此，陈光和罗荣桓当即定下决心，并迅速进行兵力部署。同时，还通知附近群众进行疏散。
陈光命令独立旅１团３营（原６８６团３营，缺９连，该连当时调团部担任警卫任务）火速赶到独山庄以南地区，准备投入战斗，相机打击日军，争取歼灭这股敌人的一部或全部。该团的其他部队则加强对汶上方向的警戒，防止敌人增援。除此之外，师部还调独立旅政治部主任欧阳文，到师负责战场勤务等工作。欧阳文立即骑马赶到后集天帝庙师部。在这里，罗荣桓政委向他谈了交战双方的态势以及整个作战意图，并详细交代任务。然后，笑吟吟地指着桌上的一本《水浒传》，操着浓重的湖南口音，慢条斯理地对欧阳文说：“在水泊梁山跟前，一面指挥打仗，一面看《水浒传》，倒是蛮有意思哩！”欧阳文也恍然大悟，感到这历史的巧合真是有意思。不过，在赵宋年间，梁山的好汉打击的是官军，而八路军今天要消灭的却是穷凶极恶的日本侵略者。
瞬时，欧阳文突然想起苏东坡的词：“羽扇纶巾，谈笑间，樯橹灰飞烟灭。”如今，罗荣桓虽然手持的只是一把普通的蒲扇，穿的也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深刻的印象。
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。在一般人看来，这才是正规军的样子，但等待他们的却是全军覆没的命运。本来陈光命令２连埋伏在大路两旁的青纱帐里，准备打一个伏击，可日军走了另一条道路，直闯前集。埋伏在庄里庄外的４连和１０连突然开火，２连听到枪声，立即赶到敌人屁股后面攻击。这样前后一夹击，敌人的步兵堵住了炮兵，骑兵又冲散了步兵，马上乱作一团，一下子伤亡４０多人，而伪军则被全部打散。
长田敏江不愧为受过正规训练的军人。当遭到攻击时，他挥舞着指挥刀，迅速整理好自己的队伍，然后下令向梁山开炮。轰了半个多小时，却不见动静。长田敏江以为碰到了游击队，因为根据日军的判断，梁山一带是没有八路军主力部队的，所以又命令日军继续前进。到了梁山西南角，独立旅第３营又给日军以迎头痛击。于是敌人便退守独山庄，到这时，天就快黑了。
在整个下午，陈光和罗荣桓一直站在后集的山坡上用望远镜观察战场。当最后证实敌人只有这么一股力量时，他们便下令当晚用３个连和独立旅３营从３个方向对独山庄的日军发起攻击。
独山庄在梁山西南面，村里有骡马店和小作坊，还有几座石灰窑。庄北面有座小山，不太高，也不太陡，是这一带的制高点。四周的青纱帐十分有利于部队隐蔽接近。日军进占独山庄后，派出伪军一个排，约２０人，另有日军三五人，占领了庄后的小高地，但未修筑工事。绝大部分日军在庄南面的一座大院外的树林下露宿。日军的３门炮（除两门意大利野炮外，还有一门九二步兵炮）放在院外。庄西边的小山脚下有一座独立的土墙院，时有伪军进出，像是伪军的宿营地。日伪军在炎热的气候下，经过连续作战，已经是人困马乏，疲惫不堪。他们胡乱地向梁山和庄外四周的青纱帐打了一阵枪炮，进行火力侦察后，便洗澡的洗澡，睡觉的睡觉，做饭的做饭，完全处于松懈状态。
独立旅的３营，原是红军３军团的主力之一，班以上干部和相当数量的战士，都经历了二万五千里长征。１９３８年底，该营随６８６团赴鲁时，曾受到朱德总司令和彭德怀副总司令的检阅，当时，因为这个营出了很多干部，所以被朱总司令誉为“干部团”。
３营接到作战命令后，立即确定了战斗部署：以１０连为主攻，从南面向独山庄以及露宿树林下的日军实施突击，全歼这些日军，把大炮夺到手；１１连（配备重机枪两挺）在迅速攻占庄北的小高地后，除以一部分兵力巩固占领的阵地外，主力由东向西配合１０连向敌人实施攻击；１２连在攻占庄西边的独立土墙院后，继续沿山脚配合１０连向敌纵深发展；３营的指挥所随１０连前进；重机枪连为营的预备队，随营指挥所行动，同时要求各连于当晚８时进入攻击阵地。
根据陈光和罗荣桓的意图，由来光祖（师机关的参谋）指挥师特务营的２连，配合独立旅１团３营歼灭独山庄之敌；骑兵连和４连担负警戒和预备队的任务。
天渐渐地黑下来了，１１５师的各作战部队利用青纱帐及其他有利的地形地物，向指定的攻击位置运动。为了出敌不意，各部队都尽可能地接近预定的作战目标。在独立旅３营这个方向上，有的战士甚至听到了敌人的说话声和睡觉的鼾声。
到晚上８时之前，各部队都已进入预定的攻击位置。随后３发信号弹腾空而起，发起攻击的时间到了。战士们在轻重机枪的掩护下，猛虎似地扑向敌人。日伪军在遭到突然打击之下，一时懵头转向，不知所措。有的日军光着脊背，有的穿着短裤，你挤我拥，纷纷向庄南的那座院子逃窜。３营立即乘胜追击，把大院团团围住。与此同时，攻打庄西独立土墙院的３营１２连和庄北小高地的１１连也是旗开得胜，完成了预定的作战任务，并正在向１０连的方向攻击前进。
长田敏江迅速调整部队，并立即分成十几个战斗组，在密集的火力支援下。向外突围，妄想用四面开花的方法杀出重围。战斗进入白热化，双方部队都有较大的伤亡。战斗进行了五六个小时，敌人已被１１５师消灭了大部分。但是剩下的日伪军都退守到车马店，以密集的火力优势进行顽抗，八路军久攻不下。有的人担心如果日军的援军赶到，１１５师将处于十分不利的地位。
这时，师部派政治部秘书苏孝顺（现名苏静）到下边了解情况。苏孝顺和来光祖在电话中向师领导汇报了部队战斗的情况。罗荣桓听完汇报后说：“敌人是孤军深入，现在企图固守待援。但是，郓城、汶上的敌人兵力空虚，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，争取明天上午１０点以前全歼残敌。”随后，罗荣桓又在电话中鼓励部队：“有一句俗话，两军相逢勇者胜，一定要把敌人消灭掉！”
各攻击部队迅速调整了部署。独立旅３营集中所有的轻、重机枪，以猛烈的火力作掩护，由排长李炳祥率领突击队，闪电般地冲进大院，登上房顶，抡锹挥镐，在房顶上挖开几个窟窿，将手能弹丢进屋里，炸得敌人血肉横飞。没被炸死的破门而出，突出包围，向青纱帐逃窜。师特务营的骑兵连飞马扬刀，冲上去奋力拼杀，犹如砍瓜切菜一样。独山庄的老百姓也纷纷出来，活捉四散逃跑的敌人。
上午９时，战斗胜利结束。此战共歼灭日伪军３００余人，俘虏日军１３人，缴获野战炮２门、九二步兵炮１门、掷弹筒３具、轻重机枪１７挺、步枪２００余支，以及其它军用物资。在打扫战场时，在一个洼地里发现了长田敏江的尸体。他这个皇亲国戚也没有逃脱应得的下场。
梁山战斗不同于消灭伪军的樊坝战斗，也不同于被动反击的陆房突围。这是一次在平原地区进行的、以日军为主要作战对象的成功的伏击战。双方兵力相当，日军火力处于优势，八路军取得了全歼日军一个大队的战果。梁山战斗提高了１１５师坚持平原游击战的信心和勇气。就在当月，当时负责日俘管理的独立旅秘书阎学增曾作了一首名为《梁山战斗》的诗。诗是这样写的：
七月鲁西唱大风，梁山好汉请长缨。
冲锋彻夜英雄胆，歼灭整营鬼子兵。
少佐长田非命死，十三战俘得新生。
东平湖卷千重浪，万里青纱正向荣。
这首诗充分体现了１１５师在梁山战斗后的那种自豪和充满自信的心情。
梁山战斗的胜利，也极大地鼓舞了鲁西人民的抗日热情，提高了八路军在当地群众中的威望。战斗结束后，周围的老百姓纷纷拉来西瓜、猪肉、鸡蛋慰问八路军。仅仅半个月的时间，梁山和东平湖之间，就有３０００多名青年参加了八路军。
梁山战斗的捷报也迅速地传遍了全国。不久，中央军委给１１５师发来了贺电。
梁山战斗的结果惊动了日本天皇。因为天皇的亲戚把小命丢在中国的山东，天皇追究