1938年，日伪当局在东南满地区推行“三年治安肃正计划”进入第二年。在日伪军逐年成倍增兵、频繁军事攻击、残酷法西斯统治、严密经济封锁及威逼利诱策反等多重侵略行径破坏下，东南满地区许多抗联根据地被破坏，村庄百姓被“归屯并户”，抗联部队与群众的联系被切断，活动区域被极度压缩，战斗、饥饿、伤病、逃亡等多种因素致使部队大量减员，抗日斗争呈现出极端困难的局面。为此，中共南满省委和东北抗联第一路军主要干部召开紧急会议（即第二次老岭会议），决定将东北抗联第一路军改编为第一、第二、第三方面军及警卫旅，并重新划分游击区域，采取分散游击、周旋转战、相互策应、隐蔽歼敌的作战方针，继续开展抗日游击战争。大沙河战斗就是在这样背景下发起并取得重大胜利的。
上级意图为准绳，变故催生计划更。第二次老岭会议后，东北抗联第一路军第一、第二、第三方面军先后于1938年8月、1938年11月、1939年7月完成改编。较早完成改编的第一、第二方面军至1939年7、8月已进行数十次较大规模战斗，转战于辑安、安图、和龙多地。连续作战使这两支部队均伤亡较大，后勤补给几近断绝，亟需时间与空间上的休整。1939年8月上旬，第一路军总司令部命令第三方面军攻袭安图县城，以策应第一、第二方面军的行动。此时，第三方面军刚由抗联第一路军第二军第4、第5师改编而成，由陈翰章任指挥，侯国忠任副指挥，朴德范任参谋长，下辖第13、第14、第15团和1个警卫连，总兵力仅300余人。
得到上级指示后，第三方面军果断执行命令，但在进军途中，因叛徒告密使安图县守敌加强了防范，攻打安图县的战斗计划只得取消。面对这种情况，魏拯民、陈翰章和侯国忠等经过审慎研究，重新制订了“攻城打援”的战斗方案，以期更多地调动和消灭敌人，达到策应第一、第二方面军的目的。具体部署是：由陈翰章、侯国忠率部攻打大沙河镇，由魏拯民率部埋伏在大沙河东北的谢家店附近，伏击从明月沟方向来的援敌。
全军上下皆骁勇，强势冲锋城门轰。第三方面军成立后，士气非常旺盛。这种昂扬的战斗状态一方面来源于有效的斗争动员，另一方面来源于连续胜战的淬炼与鼓舞。在宣布第三方面军成立的汉阳沟会议上，中共南满省委书记、抗联第一路军政委、副总司令魏拯民在传达第二次老岭会议精神的同时，为同志们分析了国际、国内斗争形势，与大家共同讨论因内部叛变所带来的严峻局面，提出在抗日斗争低潮形势下应做好充分思想与物资两手准备，宣示抗联坚持抗战的决心，并要求抗联部队各级指挥员做好思想动员工作，鼓舞群众，提振士气。部队在陈翰章的指挥下，连续在威虎岭、马家趟子两场战斗中斩获颇丰，将士们抗日到底的决心得到巩固，斗争智慧和斗争勇气也不断提升。
8月24日凌晨，陈翰章率领第三方面军第14团和第二方面军第9团共300余人，携带9挺机枪、2个掷弹筒开始进攻大沙河镇。攻城主力部队埋伏在城门外庄稼地里，伺机击毙在城门值勤的伪自卫团员，突击部队趁势夺门冲入镇内，直奔伪警察署大院。日本警长见突击部队一拥而入，命令伪警察依靠院内炮台拼命抵抗，以机枪、炮筒进行密集的火力封锁。突击部队前进受阻，便依托老百姓的土坯草房迅速隐蔽，用镐头和枪托砸穿土墙，凭借穿墙而过接近目标的巷战战术，有效地避免了己方暴露于敌人火力之下。至中午，攻城战斗进展比较顺利，攻城部队占领伪警察署和炮台，击毙日本警长在内数十人，缴获大量枪支弹药及物资。
南北截击两头堵，安图明月援敌卒。当攻城部队准备从镇内撤出时，驻安图县城日伪军火速赶来支援。为掩护和接应部队撤出及搬运战利品，侯国忠率1个连战士火速奔向南岗迎敌截击，在距大沙河二三里远的杨木条子公路东侧设下埋伏。当敌人汽车驶入埋伏圈后，阻击战斗打响。侯国忠沉着指挥，战士们顽强阻击，打退敌人数次进攻。当收到攻城主力部队已经撤出的信号后，侯国忠果断命令结束战斗，迅速转移。在1个小时的激战过程中，阻击部队以少击多，坚决阻止敌人前进，予敌一定杀伤，成功掩护攻城主力部队安全撤出。不幸的是，在转移过程中，侯国忠中弹牺牲。
25日，魏拯民率领警卫旅第3团、第三方面军13团、15团袭击了大沙河东北谢家店附近的“大酱缸”集团部落后，阻击了由明月沟方向开来的日军讨伐队及特设部队。敌人在抗联战士的猛烈打击下，除部分被歼灭外，其余人乘汽车向安图县城逃去。魏拯民断定，这股逃敌近日必将折返，遂命令部队就地隐蔽待机。载有日军讨伐队及特设部队的多辆汽车，果然再次出现在抗联部队预设在柳树河子的伏击地域。魏拯民指挥部队火力全开猛烈袭击，包括日军队长在内的80余名敌人被击毙，5辆汽车被焚毁，缴获掷弹筒2个、轻机枪3挺、步枪40余支、手枪5支、弹药5000余发及大批军需物资。
大沙河之战是由接连攻城战和伏击战组成的一次较大战斗，是抗联部队处于低潮时期的一场激战苦战，因指挥有方、战术巧妙、英勇奋战而取得重大胜利。在日益险恶的生存环境和斗争条件下，大沙河战斗消灭了敌有生力量，扰乱了日伪反动统治，对东南满地区广大抗日军民夺取抗战胜利的信心产生了积极影响。