民国34年（1945年），伪张岚峰部第十五师盘踞于宿县西南地区。其师部设在孙疃集，所辖五十七团驻界沟；五十八团驻芦沟；五十九团驻白沙、袁店一带；特务三团任亚航部300余人驻任集。敌人占领宿西一带，为新四军开辟宿县、蒙城、怀远地区设置了一大障碍。
新四军四师经龙山休整后，于当年夏季集中路西第十一旅、第九旅第二十七团和1个骑兵团、8个县总队，共1.3万余人的兵力，发动了歼灭伪十五师的宿西南战役。当时的部署是采取围点打援的战术：以十一旅主力围攻孙疃集；第二十七团、骑兵团等则在外围打增援；各县总队分别置于各主要据点之间，监视并防止敌人逃脱。如果敌人固守据点按兵不动，则各个歼灭。
战役共分两个阶段。第一阶段包括第三十一团攻克任集和第二十七团葛庄伏击战。
战役开始前，为了给敌人造成错觉，第十一旅自龙山一线北撤。敌军果然上当，竟尾随而来。5月21日夜，第三十一团突然转兵，直捣任集伪特务三团。当夜23时许，以破竹之势将伪警戒班驱逐，占领任集外围民房，并用火炮将敌军设置的障碍物以及集北门、东北角、西北角的三大碉堡摧毁。次日晨5时，三十一团向任集发起总攻，仅10多分钟便顺利越过深、宽各1丈5尺的外壕，突入寨内。敌人窜入中心碉堡继续顽抗，突击连几次强攻不下，并有所伤亡。这时，三十一团集中火力向碉堡射击，突击连用梯子爬到中心碉堡顶盖上，向堡内投掷手榴弹，敌军死伤惨重，纷纷缴械投降。7时许战斗结束，俘虏伪特务三团团长任亚航以下官兵100余人，缴获步枪100余支、短枪20支。
当日8时许，孙疃之敌派3个步兵连和一部分骑兵赴任集增援。因为害怕全军覆没，仅以小部分兵力探路袭扰，其主力则在后面观望缓进。10时许，我骑兵大队配合三十一团向这股伪军出击，穷追猛打17华里，将敌全歼。俘虏伪五十七团团长以下官兵200余人，缴获步枪200多支、轻机枪7挺、掷弹筒1具。
在第三十一团取得任集胜利的同时，第二十七团取得了葛庄伏击的胜利。5月21日，我第二十七团的侦察员化装潜入芦沟集，通过内线关系摸清了敌情：芦沟集据点的伪营长，带领300多伪军，配备重机枪1挺，轻机枪8挺，将于5月22日经葛庄增援任集。二十七团决定，由一营担任伏击任务，加强一个骑兵排和一个炮兵排，务将出援之敌歼灭于芦沟集西北5公里处的葛庄、前王庄、王庙台子之间的三角地带。
二十七团第一营接受任务后，召开连以上干部会，进行战斗部署。21日黄昏，部队在陈集集结，20时出发，沿田间小路急行军20公里，于24时各连到达预伏地点。
22日上午9时，敌前哨及后续部队成不规则队形穿过东葛庄向葛庄行进，其前卫排一直闯到离二连阵地几十米的地方。二连突然开火，敌人措手不及，被击毙20余人。敌营长误以为遭到地方游击队的袭击，便命令全部伪军向二连攻击，正好进入伏击圈内。于是，炮兵排立即向敌群轰击，一、三连从两翼杀出，骑兵排迂回到敌后，按预定方案，将敌四面包围。营教导员率领的一连，随着手榴弹的爆炸声冲入敌阵，将敌人分割；三连亦紧密配合，及时插入敌群与敌人展开肉搏战。敌企图突围，被我骑兵排迅速堵在东葛庄西。这时，敌人狗急跳墙，将机枪撤至路旁水沟边，我二连三排长及时率第九班猛扑上去，敌机枪手还没来得及架好机枪即被手榴弹炸死。
整个战斗仅用了25分钟，计毙、俘伪营长以下官兵300余人，缴重机枪1挺、轻机枪8挺、步枪100余支。至此，宿西南战役第一阶段结束。
第二阶段包括第三十二团攻克袁店集、第二十七团神仙井伏击、第三十一团攻克界沟集。
袁店集驻有伪十五师五十九团一营400余人。营长李成伍，系惯匪头子，他大兴土木构筑工事。集四周筑有两丈多高的圩墙，墙上留有垛口，并在四周构筑了10多个碉堡。圩外有一道水壕，深3尺余，壕外又放置鹿寨两道。集外西南角有一方干塘，为怕我军利用，便在塘内设一道木城。全圩核心阵地位于集东北角，其东、北两面与圩墙紧连，西、南两面有水壕围护，壕中也有一道木城，形成大圩据点中的小圩据点。整个据点防守严密，火力点均能互相支援，且居高临下，易守难攻。敌人吹嘘说：“再强的部队也休想攻下袁店集。”
为打好这一攻坚战，我三十二团侦察人员在参谋长率领下，化装到群众中进行调查了解，然后召开会议分析研究地形、敌情。决定以二营为主攻，从西南角突击，突入后兵分两路，一路向西，一路向南，歼敌有生力量，再向核心据点实施包围。三营为助攻，以一个连置北门佯攻，牵制敌人；其余连队隐蔽集东，担任攻圩、打援任务。一营为预备队，于集西南隐蔽待命。
6月23日夜，部队由龙山出发，当夜抵近袁店集。各营按原定部署到达指定位置后，即开始构筑工事。二营挖的交通壕，一直挖到集西南干塘木城边，又趁着敌人打冷枪时，拉开了两道鹿寨。次日6时许，突击连五连发起攻击，仅5分钟便突破水壕、鹿寨、木城各一道，但在最后一道圩壕前，受到敌军猛烈火力的阻击，10多名战士倒下。一连几次攻击，均未成功，团、营指挥员遂令五连撤回原处，重新研究进攻方案。
团、营首长调整了部署，并采取自报方式组织起突击队。24日中午12时，平射炮相继摧毁集西南及南面两个较大的敌堡，在机枪掩护下，突击队奋勇跃进，钻过鹿寨，越过圩壕，靠近西南角炮楼。突击组长、一等战斗英雄李永厚只身钻进炮楼，正遇一部分敌人反扑，他一口气投出数十枚手榴弹将敌炸退。与此同时，五连紧跟上来，巩固了突破口。尔后，五连沿南圩墙向东进击，四、六连沿西圩墙向北进击。下午6时。大圩子被全面攻破，敌残部窜入小圩核心据点负隅顽抗。
正值三十二团进攻袁店集时，24日下午4时30分，驻孙疃的伪十五师五十九团团长左本一率该团二营及五十七团的一个营，另有50余骑兵和1辆汽车，前往袁店救援。当行至袁店东神仙井时，被二十七团阻击，除汽车、马队逃脱之外，其余被歼灭。团长左本一、团副徐伯英和两营营长均被俘。
夜2时许，三十二团开始炮击小圩子，半小时后将小圩西南角的3座碉堡摧毁。这时，在集东助攻的三营之一部也登上大圩墙，迫令徐伯英向小圩守敌喊话，叫他们投降。但顽固不化的伪营长李成伍有意拖延时间，企图待援。在此情形下，我部加紧攻击，四连战士用梯子登上小圩西北角，夺取一座炮楼，三营亦攻占大圩东北角炮楼。核心据点一片混乱，伪军全部缴械投降，李成伍也束手就擒。
此次战斗，计俘伪五十九团营以下官兵570余人，毙伤50余人，缴5瓦收、发报机各1部、电台马达1个、迫击炮1门、轻机枪14挺、马步枪420余支、驳壳枪5支、瓦斯筒2具、瓦斯弹5枚、掷弹筒2具、手榴弹200余枚、子弹13000发。
新四军一举攻克袁店集并全歼增援之敌，使伪十五师闻风丧胆，不得不集中全部兵力死守孙疃、界沟据点，以图苟延。
6月30日，为继续扩大战果，第三十一团及一个骑兵连强袭界沟。是夜12点，顺利接近界沟并完成交通壕作业，7月1日1时，开始炮击界沟据点第一线碉堡。紧接着，攻击部队迅速突入大圩并占领数处碉堡，继而向纵深发展。敌人在强大的军事压力和政治攻势的震慑下，派伪营长秦士佩出面接洽投降。伪五十七团正、副团长以下官兵800余人统统做了俘虏，缴获日式轻重机枪13挺、马步枪500支、战马30匹。是时，孙疃伪师部向津浦铁路方向狼狈逃窜。至此，宿西南战役胜利结束。