阳谷县县城高壕深，四面城门皆有瓮城，城楼及四角筑有明、暗火力点，城内街心筑有核心工事，是楔入冀鲁豫中心区的坚固据点。该城守军系华北绥靖军第4集团军第9团、伪阳谷县警备大队及逃入该城的伪寿张、
朝城镇、
莘县等警备大队共3000余人。
八路军收复
东平县、莘县之后，该城已处于三面被围之中。为拔除该据点，冀鲁豫军区集中4个军分区部队，在
地方武装配合下，发动了阳谷战役。20日，在
临清市至阳谷间长达80余公里的战线上，冀鲁豫军区部队对日伪军发动猛烈攻势作战。21日2时，冀鲁豫军区第8军分区4个团主力对阳谷城东门两次突击未克。23日夜，攻城部队实施多处突击，重点突破的战法，一举将多处突破，
华北治安军退守中心据点，被分割包围。经火力突击与政治攻势，伪阳谷及退居城内之
莘县、寿张警备队和伪政府人员相继投降，唯伪绥靖军第9团负隅顽抗。攻城部队连续爆破，至26日上午，将核心堡炸毁，伪军被全歼，解放
阳谷县县城。与此同时，冀鲁豫军区第7军分区主力于21日攻克
堂邑镇城，并乘势向东发展，进逼
聊城市；第4军分区部队攻克
临清市外围马店、高村、龙潭等据点9处，并兵临临清城下；第1军分区部队控制聊(城)阳(谷)公路中段，阻击聊城出援之日
华北治安军。在军区部队强大攻势下，
巨鹿县至
冠县一线之日伪军纷纷撤退，巨鹿、南馆陶、冠县、
武城县等县城被收复。
此役，
八路军毙伤伪军团长以下300余人，俘2000余人，收复县城6座，解放了除聊城至临清一线外的广大地区。
此次战斗，不仅铲除了鲁西腹地的敌伪中心据点，摧毁了
阳谷县及逃亡阳谷的
寿张镇、
朝城镇、
莘县4个伪县政府，更解放了阳谷、朝城、莘县全境，扩大了根据地，使冀鲁豫军区第一、七、八，三个军分区连成一片，为随后的全面反攻创造了条件。