就在山东沂蒙根据地高速发展之际，皖南局势骤然紧张起来。日军开始攻击铜陵、繁昌。原驻守在这里的国民党部队节节溃退，第三战区司令部便把繁昌、铜陵、南陵等地划为新四军三支队的防区。
11月初，三支队奉命从青弋江的西河镇、红杨树、马家园一线开拔到这里。三支队进驻铜繁地区后，五团团部驻扎在中分村。支队司令部驻沙滩角，政治部及战地服务团移驻燕子牧，当时三支队的主要任务，就是会同国民党五十二师、一四四师一起担任繁昌、铜陵、南陵境内长江沿岸的防御作战任务。国军把三支队摆在了阵地最前面，一四四师在支队左后翼，其主力在狮子山、钟鸣街一线；五十二师在右后翼，其主力在桂镇一带。把新四军夹在国民党两部之间的前沿狭小地区。
1938年11月26日，日军116师团130旅团133联队攻占了安徽铜陵县城，随即派出小股部队攻占周边市镇。皖南新四军严阵以待，凤凰山新五团派出小股部队前出铜官山，在日军占领铜官山之前炸毁了铜官山铜矿，一部分西出隐藏在丁桥附近山区，云岭独立团留下一个营与军属特务团留守军部外，在团长黎明的带领下前出到青阳县木镇附近山区。两个团准备在铜陵、丁桥、木镇这条线搞一个大动作。
11月28日上午9点，前哨发现有300多名鬼子出现在铜陵至丁桥的公路上，新五团连忙通知沿线村镇百姓撤离，通知独立团做好准备。鬼子一路向前占领洛家潭、丁桥，继续往木村前进。行至垛山，公路从垛山边穿过，另一边是水塘。鬼子进行火力侦察，用机枪扫射山坡树丛、草丛。鬼子没有发现异常，继续前进，山坡上壕沟里的一团静静地观察着日本鬼子，鬼子150多人。
待鬼子全部进入伏击圈，黎明驳壳枪瞄准一个骑在马上鬼子军官，叭的一声，鬼子军官应声倒地。紧接着机枪、飞雷炮也响了，鬼子虽然反应很快马上跑向山边寻找掩体，但第一时间60多名鬼子被打倒在地，新四军又拉响了地雷，埋设地雷的地方很刁钻，都是选择在容易选择做掩体的地方，这下日军死伤惨重。黎明命令再打一轮飞雷炮后，在机枪掩护下发起冲锋。残余的鬼子拼死反抗，新四军用手雷、驳壳枪、刺刀迅速解决了残敌。
驻守丁桥的100多日军听到枪声立即向垛山方向增援，垛山离丁桥不过一公里的路程，日军正加速前进寸，隐藏在路两边树林里的新五团二、三营出击了，一团也从公路上冲向日军，这100多鬼子还没有展开，就被独立团，新五团合力剿灭。洛家潭日军一小队也听到了剧烈的枪炮声，也来增援，走到半路枪炮声停止，鬼子调头立即调头往铜棱方向撤退，刚退到狮山遭到新五团一营的伏击，新五团二营三营也从丁桥赶了过来，两面夹击日军，日军全军覆没。战士们迅速打扫战场撤往根据地，铜陵日军派出一个大队增援，待赶到战场，新四军已人去楼空，只剩下满地只穿着兜档布的日军。日军恼羞成怒烧毁了洛家潭、丁桥、木镇大量房屋。
新四军在丁桥消灭了日军300余人，缴获掷弹筒6具，机枪5挺，步枪260支，子弹发，手雷500余枚。
独立团、新五团撤回凤凰山后又与五团一部合作，派出小股部队不断骚扰铜陵以西的小鬼子据点，小鬼子不堪其扰，派出一个中队进山围剿新四军，三个团合作牵着日军在大山里打转，以地雷战、伏击战、麻雀战的方式不断消耗日军。日军沿新桥河南下追击，新四军引诱鬼子进入凤凰山，独立团、新五团在凤凰山与非山之间的山谷打了鬼子一个伏击。
伏击战开始鬼子不以为然，但当飞雷炮在身边炸响后，才意识到问题的严重，鬼子大队长想破头也没明白新四军怎么会有这么多重炮，迫击炮、掷弹筒、机枪也不少。飞雷炮、迫击炮弹、手雷劈头盖脸的砸下来，炮兵小队一炮未响就全军覆没，日军慌乱中不断有人踩上地雷，日军在损失了300多人。鬼子大队长扔下伤员果断突围，等鬼子冲出山谷又损失了200多人，鬼子大队长不敢在山区久待，下令沿新桥河撤退。独立团、新五团派出新队衔尾追击。鬼子撤退到峡口，又遭到埋伏在朱家山的五团一部的伏击。前有伏击、后有追兵，鬼子拼死突围，最后有200多鬼子突出重围。新四军继续追击，等到鬼子逃出已不足150人，新四军三个团咬住鬼子不放，趁势杀进顺安镇，留守顺安的五十多鬼子与败兵站不住脚，退出顺安往铜陵狂奔，新四军横扫铜陵以西日军据点。日军急令木村、丁桥鬼子回援，又向南京求援。新四军在铜棱边缘止步，抓紧抢运日军据点物资，惩治来不及撤走汉奸走狗、伪军。青阳国军也趁势占领了木镇、丁桥、洛家潭。两天后日军两个大队的援军到达，新四军退回根据地。
铜陵战役整个进程十三天，此役消灭了900余人，其中包括23名俘虏，大多数是重伤员或在战斗中被飞雷炮震晕的情况下才被俘的。日军大队长、中队长均阵亡，只有一名小队长幸存，新四军缴获92步兵炮二门，掷弹筒25具，机枪18挺，步枪657支，炮弹600发，手雷1500余枚。子弹余发。新四军伤亡一百余人。此役极大震动了日军，证明了新四军有相当的能力。小鬼子再也不敢小部队进山围剿新四军。国府也很吃惊新四军的战斗力，军委会通令嘉奖了新四军，但对新四军扩编的要求予以拒绝，只同意补充编制。延安总部也发来了嘉奖电，对于新四军能够在4：1的兵力对比下，在伤亡极小的情况下全歼日军一个大队提出高度表扬，但同时也提出此类战役一定要慎重，一则担心鬼子将重点转向新四军。二则担心部队伤亡过大，提出现阶段还是要以游击战为主，积小胜为大胜。此次战役加上丁村战斗史称铜陵大捷
皖南军部首长一方面为战役的胜利而高兴，另一方面又为国府限制新四军的发展而不满。李振华讲的那句话没错：国民政府绝对不会允许新四军在江南发展起来。新四军军部决定将六团三营、独立团二营、新五团一营以沙州游击队的名义调出皖南，东进茅山根据地，六团三营归建，由团长叶 飞带领以江南抗日义勇军的名义进入太湖以西活动，独立团二营、新五团一营扩编成二团。独立团、新五团就地补齐编制。
叶 挺离开新四军后，回到广东。广东余汉谋委任他担任东路守备军总指挥，叶 挺迅速整合东江地区的地方抗日团队、国军散兵，开展敌后游击战，以牵制日军北上韶关。同时余汉谋抽调第十二集团军六十三军一五三师、六十五军一五七师、八十三军一五一师四五三旅，作为东路军主力部队，由东路守备军总指挥部统一调遣。东路守备军总指挥部根据第四战区司令部的命令，迅速指挥所属各部攻击日军重要据点。部队一度占领增城。
常申凯为了控制新四军，意图另派他人担任军长。还以叶 挺离开新四军，中共不能容人为理，频频向延安总部施压。延安总部意识到叶 挺留在新四军的重大意义，迅速致电重庆周公，周 公立即约叶挺到重庆见面。同时常申凯也担心叶 挺在广东与我党合作，叶挺只在广东待了1个来月的时间，就启程回重庆。
在重庆经周 公的劝解，叶 挺终于同意回新四军军部。
在此期间，发生了一件大事，1938年12月18日，汪精卫离渝出走，12月29日汪精卫在越南河内发表艳电响应近卫第三次声明，在卖国的道路上一步步滑向深渊，军统安排了刺杀，被汪精卫幸侥幸躲过。汪精卫前往日本，叛逃卖国已成为事实。
汪精卫作为国党二号人物，又是孙中山遗嘱的起草人。他的叛逃在全国引起了非常大的震动。大多数的人怎么也想不到当年写出”引刀成一快，不负少年头。"；的少年如今成了汉奸。汪精卫的叛逃对国民政府的威望大受打击，可以想见的未来，他的叛逃将起到示范作用，他的那一套曲线救国理论为那些欲当汉奸的人提供理论依据。国民政府召开国民党特别会议，投票决议，开除汪精卫国民党党籍及一切政府职务。延安总部为因应形势，放弃了对常申凯的批判，转而高调支持他领导全民族抗日。