1945年4月下旬，新四军第6师18旅旅长刘飞得到情报，盘踞在宝应城内的汪伪苏北绥靖公署特务第2团马佑铭部，途经高邮以东的三垛、河口等村镇，调往兴化以南周庄一带驻防。刘飞率人通过对三垛地区道路、河道和村庄进行实地勘察，计划将参战部队分为河南纵队和河北纵队两部分，布置一个伏击聚歼日伪“马团”的“口袋阵”。作战计划很快得到苏中军区的批准。苏中军区命令新四军主力第52团、江都独立团、三分区特务第5团、一分区特务营一起参加战斗，由刘飞担任前线指挥。

4月27日拂晓，新四军所有参战部队进入预设伏击阵地周围的村庄隐蔽。28日中午，日伪军约2000人从三垛镇出发，分水陆两路向东行进，已经通过了新庄，由于怕遭到伏击，特意摆了“一字长蛇阵”，各部队之间间隔拉得很大。下午1时左右，敌人改“一字长蛇阵”为四路纵队的密集队形，渡过浮桥继续前进，很快进入了新四军的伏击圈。

随着刘飞一声令下，信号弹腾空而起，埋伏的新四军各部同时开火。日伪军遭受突如其来的打击，顿时乱作一团，河上的3艘汽艇瘫痪在水里不能行动。船上的敌人纷纷跳水，企图游水逃跑，被熟悉水性的江都独立团的战士们一阵扫射，死伤殆尽。公路上的敌人遇到伏击部队猛烈袭击，队伍大乱。公路北面是泥泞的水田，南面是宽阔的三垛河，隔岸还有特务团的密集火网，敌人前进不能，后退不得。新四军伏击部队猛插上来，一下把公路上的敌人截为数段。日伪军建制打乱，前后不能相顾，新四军迅速展开了政治攻势，高呼“新四军优待俘虏，缴枪不杀”口号。不久，包括团长在内的伪军纷纷举枪投降。

三垛河口伏击战经过要图（1945年4月28日）

一个半小时后，公路伏击战就基本结束，日军一个中队裹挟着伪军一个营拼死退入新庄负隅顽抗，遭到新四军的团团包围。这时，刘飞也率领南岸的部队渡河投入围歼新庄残敌的战斗，组织所有火炮集中向敌人轰击。新四军战士们在炮火的掩护下，冲入村中，和敌人展开白刃战，很快将残敌压缩至村南一块狭小的空间里。下午6时，战斗结束，新庄残敌除30多人乘天黑逃窜外，均被歼灭。三垛镇、河口村据点的伪军赶来增援，被打援部队击溃。

此次战斗，歼灭日伪军共计1800多人（其中击毙日军240多人、伪军600多人，俘日军7人、伪军团长以下近千人），缴获轻、重机枪19挺和步枪1000多支，各种炮16门以及大批弹药和物资器材。

三垛河口伏击战受到新四军军部高度肯定，嘉奖电称：“三垛河口伏击战出奇制胜，斩获众多，予孙逆良诚所部以重创，挫其锋芒，殊堪欣慰。”

1945年5月4日，《人民报》用整版报道了三垛河口大捷