侵华日军坂垣师团于1937年9月20日侵占灵丘县城，从9月23日起开始了有计划的大屠杀，头两天杀害县城居民600余人。同时，侵犯灵丘附近四乡之敌，也到处杀人放火。在一个月之内，灵丘被杀群众达1200余人，制造了惨暴至极的灵丘惨案。
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1937年7月7日，日寇发动的卢沟桥事变的枪声，很快传到了灵丘。阎锡山委派的县长、政府官员和他们的军队，一枪未打就弃城南逃。灵丘县城有钱的人家，也带着家口，携带金银细软逃之夭夭。只有多数穷苦农民，丢不下家里的盆盆罐罐，无处可逃，就是跑出去，也因为无吃无喝无住处，不得不回来。有的逃到亲友家躲起来，三天两头地跑回来看看，穷家难舍啊！绝大部分居民都留在灵丘城乡。
当时，广灵到灵丘必经之地的要隘——义泉岭，有阎锡山刘奉宾部把守，许多人认为日本人一下到不了灵丘，还可以看看再说，他们哪里知道，驻守义泉岭的阎锡山部队，见到日军就一触即溃，有的连日军的枪声也没有听到，就逃得无影无踪了。
9月20日下午，日军坂垣师团川原旅团畅行无阻地侵入灵丘城。这是一支南侵日军的先遣部队。由于他们急于南进平型关，把抓到的青壮年男子，给他们背运物资，把妇女抓起来给他们做饭，开头几天还没有大批杀人，一些逃出去的人，有许多又返回县城。
谁知这是日寇的缓兵之计。9月23日，由三浦敏事率领的日本第二十一旅团接防，便把城门紧闭，只准老百姓进城，不准出城。一清早，日军便分批沿门逐户大搜捕。凡是男人都要抓起来，连小孩也不放过，全部驱赶到集中点。全城集中点有三处，一处是城内东北角大云寺后的大马场，一处是北城墙下的奶奶庙外的大菜园，另一处是城内西北角财神庙、老君庙的空场上。有人预料这不是好事，总想找机会躲藏逃跑，但都被鬼子当场打死。住在南城门口开店的王进福，当他闯出城门南逃的时候，被打死在清水河边；一个姓马的住店客人，藏在厕所被发现遭鬼子用刺刀挑死。
一批一批群众被逼到集中点。日军已经在这三个地方运入了大批草绳和铁锨。人们已经看清这是敌人有密谋的大屠杀，但是已经来不及逃跑了。成群鬼子兵逼着一部分青壮年铲土挖坑，把其他群众用草绳捆起来。整整一个上午，他们挖了许多深达丈余、宽达10余丈的大坑。原来自己挖的坑正是自己的坟墓。大坑挖完了，敌人机枪就开火了，把挖坑的群众统统打死，然后把被捆的群众，逼到坑边，一个一个用刺刀挑死推下坑去。
在大马场，被鬼子枪杀和挑死者达300余人，其中有刘廷干、刘汉英兄弟4人，有刘来德兄弟3人和他们的两个孩子。在奶奶庙，被敌屠杀的有200多人，其中有李海一家4口，有郝登之一家3口。在财神庙、老君庙前，被杀者有袁耀国、武忠、刘廷雨等100余人。三个场地遭日军集体屠戮者达600余人。
这一天，被敌人零星杀害者也不少。城外魁见帽铺的刘玉珠、聂永耀进城找人，被鬼子抓住，绑在东街的树上用刺刀挑死。日军把抓捕的妇女也集中起来，强行剥光衣服，连裹脚布也强行撕掉，浑身上下一丝不挂，一面抽打，一面强迫她们裸体扭摆，然后这群野兽将她们集体强奸、轮奸。许多妇女当时即与鬼子撕打在一起，有的和敌人拼命，当场被杀死者10余人。
日军继续四处搜捕，把抓到的居民带到这个杀人场来，进行所谓杀人比赛和杀人表演。他们把抓到的人，按个子大小，分别绑成几伙，强令跪倒，由日本兵挥动大刀分批砍杀。有的人头被砍下滚在地上，有的人头还连在脖子上，有的未被砍死倒在血泊里挣扎。如果持刀的日本兵把几个被绑群众的头都能分别一刀砍下，便会受到围观日本官兵的称赞，并发出疯狂的笑声；如果持刀的日本兵一刀连一个人也杀不死，便会受到日本军官的叽哩呱啦的喊骂，围观的日本兵也发出一阵阵喊叫和嘲笑。有的还把抓到的群众强置在凳子上，一个个地砍杀。有时，把抓到的群众当作练刺刀的“活靶”，一伙日本兵这个一刀，那个一刀，乱挑乱刺。城内有个姓丁的，被敌人刺了17刀，遍体刀伤，血肉模糊。当场敌人以为他死了，到半夜他又苏醒过来，爬回家藏起来，不久灵丘解放，把他救活。以后，为了永远不忘此深仇大恨，“十七刀”成了这个人的名字。侵华日军就是这样野蛮残暴地屠杀我国无辜的同胞。
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侵入灵丘的日军，在县城进行有计划大屠杀的同时，还在灵丘各地制造屠杀惨案。仅在灵丘东河南、小寨村、关沟村、唐之洼4村，日本强盗就屠杀无辜百姓200余人。
东河南是灵丘第一大镇。9月23日，驻东河南的日本兵开始对村民大肆屠杀。他们沿街抓人，把抓捕的人统统驱赶到村西五道庙巷内杀死。敌人杀人手段很多，有的开枪打死，有的用刺刀挑死，有的战刀砍杀。有个叫刘大成的中年农民，被两个鬼子架起双臂，由另一个鬼子用一根炉条硬从他的后脑颈部沿脊锥活活钉死，死后尸体长时直立不倒。第一天被惨杀者30余人。第二天又进行了更大规模的屠杀，在村内逐户搜查，在村外四处寻找。从村里搜出70多名老弱妇孺，都被赶到五道庙巷惨杀。在村外，有7人在马家河附近收割庄稼，其中有中野窝村宋启瑶弟兄2人，都被开枪打死。古路河村一个老人到东河南卖柴，身背柴捆，手提一团豆渣饼作干粮，被日本兵抓捕推倒刺死。只有东河南村的卢昌是个留日学生，23日上街和日本军官用日语对话，他家才免遭搜杀，然而第二天他又上街，也被抓捕赶到五道庙巷杀死。两天东河南村惨遭杀害的群众达100余人。
9月23日，小寨村的村民有的已经上地，有的还在家里，鬼子一进村就分成几路，在村内挨门逐户搜杀，在村外散开四面搜山。鬼子兵进入村西的李梦壁、李文生、张同堂几家土屋。李梦壁一家见鬼子杀气腾腾闯进家来，妻子、儿子一家3口吓得抱成一团。鬼子一刺刀捅进李梦壁儿子的臀部，血如泉涌，他痛得娘呀爹呀乱叫，李梦壁夫妇连忙用身子挡住儿子，鬼子又用刺刀把他们夫妻捅倒，3人仍紧紧地抱在一起，鬼子兵挥刀乱劈，一家3口人的下肢全被劈断，死在血泊里。章江林母子3人在邓家岭树湾收割庄稼，孙正老俩口和孙金贵与儿子两人都在木瓜沟收庄稼，被搜山敌人全部开枪打死。杨子荣父子在邓家岭收割庄稼时，被日本兵逼到村边的河沟，这个一刀，那个一刀，被练了刺杀。浑源县一个老汉来小寨贩果子，也被鬼子枪杀在果树下。只有一个人幸免于难，他是住村口沙圪瘩的张本祥老汉。一个日本兵闯进他家，对准老汉举枪就刺，张老汉是个拧铁丝灯笼的手艺人，手上有功，见鬼子刺来，不闪不躲，伸手就把刺刀从枪上拧下来，鬼于慌忙开枪，子弹从张老汉身侧飞过，老汉手拿刺刀就向鬼子猛扑猛刺，吓得鬼子呀呀直叫，掉头逃跑。张老汉探头见村外河槽日本兵很多，他考虑跑不出去，赶忙钻进窖子里。不一会儿，那个鬼子带着一群日本兵进院搜捕，发现窖子，就向里射击，投手榴弹，后又投入干柴放火烟熏，不想张本祥老汉早用刺刀掏通邻居另一个窑堂，安全逃脱。第二天，敌人继续杀人放火。李石头娘儿两个藏在房子莜麦秸堆里。日本兵搜遍全村再找不到一个人，便放起火来，200多间房子全被烧毁，李石头娘儿俩双双被烧死。两天小寨村被杀乡亲30余人。
关沟和唐之洼两村被杀者也有几十人。敌人在关沟四处搜杀，藏在村附近露明沟的20多个乡亲全被搜出来，多是老弱妇孺，面对这些孕妇、病人、孩子和女人，鬼子也不放过，一会儿用刺刀挑一个，一会儿用大刀劈一个，一会几又用枪打一个。有一个王良树，他的四肢全被卸掉，日本兵看着这些重伤未死者疼痛挣扎的样子，发出疯狂狞笑。在唐之洼，日本兵见人就杀。该村8个农民在地里收割庄稼，也被日本兵无缘无故地枪杀了。村民武连云听到惨叫声，扒上墙向南张望，看到乡亲被杀的惨状，惊得浑身发抖，血往上涌，当时口吐鲜血而死。本村宋培奔向出事地点，看着血肉模糊的一具具尸体，大叫一声昏了过去，不久也吓死了。
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9月25日，震惊中外的平型关大战，取得了歼灭坂垣师团的伟大胜利后，日军把屠杀老百姓作为报复，驻守灵丘城的日军，每天在城内逐户搜捕，城内除留下少数为他们服务的男人外，大部分都杀了。他们又出城到城关的魁见、沙咀、沙坡、城道坡、东关、西关等街道院落逐户搜杀。在街上，在许多院落到处都有惨遭杀害的群众尸体。在沙坡，聂尧的15岁的侄儿听到日军搜捕，赶紧往窖里藏，被敌人在墙外发现瞄了靶子，打死在窖口边。鬼子进院后，往窖里扔了几个手榴弹后离开。聂尧的嫂子在柴垛里藏着，看到儿子被打死，跑出柴垛抱起儿子放声痛哭，敌人闻声返回，又把聂尧嫂子开枪打死。杜锦绣一家在城西福田村藏着，这天他和儿子杜四回家取东西，正遇上从聂尧院出来的日军，杜锦绣被敌人用刺刀挑死在家里，杜四跳窗而出，赤手空拳和日军展开搏斗。日军用刺刀刺他，他用双手把敌人的刺刀狠命攥住，奋力夺枪，十个指头都被割断了，鲜血淋淋，仍不放手。杜四踢倒一个鬼子，当他冲出院子往大庙后逃奔时，被追赶的日军开枪打死。在魁见，马元祥被敌人抓住，被绑在东城门外的树上，当活靶子刺死。在东关日军刀劈了乔国栋，并抓住几个妇女强行奸污。有个叫张金娥的妇女奋力和日军撕打，大骂敌人，狠狠地咬敌人，被用刺刀挑出了肠肚，开了膛。在城内和城关陆续被屠杀的群众又有400余人。
10月14日下午，日本兵又到西关搜捕群众，群众向县城西南的东福田方向逃奔。日军发现后尾随追出。东福田位于东河南岸的坡梁上，离县城仅三里，这里山沟纵横，直通到太白山下。城关群众为了免遭敌人的杀害经常躲避到这些山沟里。群众边跑边喊叫，日军边追边打枪，东福田村的村民听到枪声喊声也都呐喊着四散躲藏。东福田村邓来运的女人，抱着行李往土梁上跑，被迫赶的日军一枪打死。郭小马探头张望被发现打死。孩子女人们毕竟跑得慢，很快被日军追上。她们慌不择路跑进了村西的姚涧沟。这是一条绝路，只有进口，没有出路，三面是陡峭的土崖的憋死老牛沟。一大伙孩子老人被日军堵在沟内。日军把住沟口，把妇女、孩子当作活靶子，一个一个瞄准射击。县城西关李太恒的闺女，已快临产，被敌人开枪打穿了肚子，将要出世的婴儿从母体里流出。李太恒的闺女死前疼痛地挣扎抽搐，日本兵走到她跟前用刺刀在面部乱挑乱刺，脸面被挑的血肉模糊。西关一个妇女带着一个小女孩也跑到这条沟里，这个妇女被打死后，不懂事的孩子还爬在她身上喊叫着：“娘、娘，回家吧！”也被打死在她娘身旁。邓乐的母亲跑到沟边和日军拼命，她拾起石头砸敌人，被日军刺倒，把胳膊砍下。跑进沟里的54人，除刘桂莲的母亲跌到水旋坑被其他尸体压住未被打死外，其余53人全部死亡。其中有西关36人，东福田17人。
在县城内活着的妇女，不堪日本兵逐日折磨，有的妇女悬梁自尽，有的投井而亡，有部分妇女晚上由大云寺和尚广显帮助，从城墙上攀绳逃出城外。日本兵发现留下的妇女越来越少，就到处搜查，从大云寺佛像后搜出一团大绳后，日军就把广显和尚浇上汽油活活烧死。有的妇女从城墙上攀绳逃跑时，被城墙上的日本哨兵发现而被开枪打死，有的跌下城墙摔死。
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灵丘城乡的大屠杀，正是农历八月份，天气还很暖和，惨遭杀害的尸体都腐烂了，到处散发着死尸的腥臭。10月23日，我八路军115师687团和杨成武独立团，终于把侵占灵丘的日军赶走了。在外逃难的群众陆续返回家园，在幸存者的指点下，回来的家人在城东北部的大云寺后面（现县机械厂），找到一坑又一坑亲人的尸体，在奶奶庙下的十亩大菜园里（现县医院），又找到一坑坑尸体；在城西北角财神庙、老君庙后（现县招待所），也找到一坑坑尸体。在东城门外的树上，在西城门外的沙坡、城道坡的房院内外，在北城墙外，在县城南的南河边，到处是亲人的鲜血，到处是亲人的尸体。人们从上千具尸体中辨认寻找着自己的亲人，有的嚎陶大哭，有的泣不成声，有的痛不欲生。当扒开掩埋亲人的土坑，亲人的尸体大部分已经腐烂了，面目全非，从面容上都根本无法辨认了。
丁仰轩（原任大同市司法局局长，现已离休）回忆当时的惨状说：“日寇侵占灵丘城那天，我还在城内，第二天我和我姐夫背了点面准备出城，被日本鬼子抓住，强迫我们往东河南背送东西。从东河南返回，我从作新村沿北坡跑到弋坡村，我姐夫又回了县城，我父亲叫丁树，原来躲在弋坡村，我娘俩在城里看门子。9月20日，日寇侵占灵丘城以后，听说没杀人，我父亲回城探风声，进了城出不来，被集体惨杀在城内。我的亲人被杀害了三、四个，我姐夫也被杀害了。敌人被赶走后，我们寻找父亲的尸体，在北城墙下扒去薄薄的土层，全是一坑一坑的死人。因为是秋天，已经被打死一个月了，根本辨认不清了，只好从衣服上认，我们辨认出一个上衣象我父亲的，就抬着装殓了。家里买不起棺材，那时死的人太多，也无处去买棺材，就把我父亲装殓在堂箱里。后来又看另一个死人穿的鞋，像我父亲，便把前一个尸体倒出来，装殓了后一个。”
沙坡村妇女刘桂莲说：我是城关沙坡人，日寇进城前逃到东福田村。八路军把鬼子打跑后，我和我姨姨寻找我姨父和姨兄小圪旦的尸体。我姨姨住在后面，就是现在的县医院，当时是个菜园子，就是日本人的一个杀人场，园里一坑一坑尽是死人。从面目上认不清了，从衣服上认了一个象我姨兄的装殓了。从东城外树上找到了被杀害的我姨父马元祥的尸体。
在南城壕，几只狗拉着啃一具尸体。当时这具尸体被杀死的时间不长，从死者白发苍苍的面貌上辨认出是乔森爷爷的尸体。除去头，身上的肉几乎被狗啃光了。
绝户人家的尸体，由返回城的左邻右舍、亲戚朋友和八路军115师的干部、战士帮助掩埋了。当时大家愤怒发誓：尸山血海满城愁，家家户户泪长流，满腔怒火胸中烧，不灭鬼子誓不休。