1944年9月初，“掃蕩”山東省濱海區的日軍第59師團及偽軍一部，經沂水城後，分東西兩路北撤博山、臨朐。為殲滅西路的日偽軍，八路軍魯中軍區以第1、第2、第4、第12團等部，分別隱蔽設伏於沂水城西北葛莊和陶溝地區。3日晨，西路日偽軍由沂水城分左、右兩路北撤。14時許，右路日軍第59師團第43大隊450餘人及偽軍500餘人進入葛莊伏擊區，第1團突然發起衝擊，截斷日偽軍退路，經過與敵激烈戰鬥，佔領東嶺高地，並多次打退日偽軍的反衝擊。16時許，日偽軍搶佔瞭葛莊及西西嶺高地。黃昏時，第2、第12團加入戰鬥，將敵包圍。4日18時，日偽軍向南突圍，八路軍分兩路跟蹤追擊，將其大部殲滅。左路偽軍千餘人，沿沂河西側前進，3日下午進至陶溝、嶽莊時，魯中軍區第4團和特務營以正面堵擊，翼側迂回，將其包圍，激戰至次日中午，除200餘人逃竄外，餘均被殲。
在這次戰鬥中，共殲日軍300餘人、偽軍1300餘人，繳獲山炮1門、迫擊炮2門以及大批槍支、彈藥等物資。