1940年3月15日，沂水、莒县、朱位、东里店、铜井等据点日军300多人，伪军200多人，向孙祖一带根据地进犯，企图偷袭八路军第一纵队领导机关，破坏抗日民主政权，掠夺群众财物，实行所谓“以战养战”。
八路军第一纵队司令员徐向前抓住战机，决定歼灭来犯之敌，亲自指挥作战部署。此次参战部队有山东纵队第二支队、纵队警卫团及地方武装等，到此护送黄金的于得水率领的胶东第五支队交通营，也参加了战斗。
孙祖伏击战击毙日军指挥官小林及炮兵中尉队长以下120余人，击伤70余人，俘伪军11人；缴获小车60余辆，军马5匹，大盖枪20余支，及其他军用物品一宗。八路军有110名指战员牺牲、负伤。
战后，中共中央山东分局和八路军第一纵队在孙祖召开祝捷大会，山东分局书记朱瑞、第一纵队司令员徐向前、山东纵队政委黎玉（如图）及群众团体代表在会上讲话。