1940年10月8日夜，第1团第1营乘南坡头日军一部出动袭击第2团之机，向南坡头发起进攻，一举袭入敌阵，歼敌大部，残敌逃窜。
同时，第6团第1营攻克抢风岭，青磁窑日军望风而逃。
9日夜，第6团第3营攻击了金峰店。
此外，向灵丘、广灵间出击的第26团8日夜曾一度攻入黄台寺。
1940年10月9日，晋察冀军区发觉第1军分区《抗敌报》第35期9月22日社论无意中将百团大战第二阶段企图泄露。
这时，灵丘方面，浑源、广灵日军1300余人南援，开始反扑。
涞源、易县、保定、望都、定县、完县、唐县、曲阳、五台等地，日军正集结兵力，准备粮弹。
涞灵战役持续18天，共毙伤日伪军1000余人，俘日军49人、伪军237人，八路军伤亡1419人。
为策应涞灵战役，冀中军区在破袭沧石、德石、北宁、津浦铁路的同时，于10月1日至20日进行了任（丘）河（间）大（城）肃（宁）战役。
百团大战发起后，冀中日军一部西援，大部被束缚在重要交通线上，冀中内地守备较弱。
冀中军区决定以第18、第23、第30团等部计10个营，共8500余人，编为左翼队、中央队、右翼队进入这个地区作战。
计划首先以两翼部队钳制日军，吸引日军于任河大肃中心区以外，尔后以中央队突入中心区，打开局面。
1940年10月1日战役开始。左翼队（第18团）进入潴龙河以东，河间、任丘以西地区。
2日至6日，连续攻克连家庄、东固贤、良村。
7日夜，玉皇庙、丰乐堡、刘善寺各据点日军望风逃窜。
右翼队（第30团）4个营进入大城以东、子牙河以东地区活动，至7日，连克李民居、邓庄子、石疙疽、西刘庄、臧庄子、陈村等据点，并大举破路挖沟。
中央队（第23团）2个营北渡滹沱河，10月1日，伏击由商家林出动抢粮的日军100余人，歼敌90余人，缴获全部武器。
9日，在白马堂伏击由留各庄到里坦之敌，全歼日伪20人。
1940年10月15至20日，进行以子牙河东西两岸为重点的第二期作战，在任河大肃中心区，只留小部队坚持。中央队19日夜攻克半截河据点，破坏其附近的古洋河上的桥梁。
右翼队面临敌情严重，无力采取大的行动。左翼队16日夜克大曲堤、任丘石门桥，18日又克王盘敌据点。
任河大肃战役，毙伤日军805人、伪军322人、俘日军3人、伪军326人，攻克据点29个，冀中军区部队伤亡573人。此役钳制了日军的兵力，有力地配合了涞灵战役。
1940年9月24日，三八六旅突破榆社城垣。
由阳泉经平定、和顺、辽县到榆社的公路，是日军突入太行根据地最深的一条公路。
日军企图将该路向西南延伸，经武乡与白晋铁路相连，以达到分割大行区，灵活调动正太、白晋两线兵力的目的。
其中榆辽段长45公里，沿线有榆社、沿壁、王景、管头、铺上、小岭底、石匣、辽县等8个据点，由日军独立混成第4旅第13营守备。
1940年9月22日，八路军第129师下达榆辽战役基本命令，决定以突然袭击手段消灭榆社至小岭底之敌，收复据点摧毁公路，并乘势向辽县进展，相机收复辽县。
1940年9月23日夜，攻坚作战开始。
24日，左翼队攻克沿壁、王景，右翼队攻克铺上、小岭底。
至25日，榆社县城也被攻克，小岭底至榆社一线只剩管头据点之敌仍在顽抗。
同时，平辽支队积极活动，攻占辽县以北寒王镇；沁北支队积极破路，频繁出击，使武乡、白晋路日军受到钳制。
26日，第129师令右翼队以一部继续围攻管头之敌，主力和左翼队东移，乘胜收复辽县并消灭可能援辽之敌。
27日拂晓，右翼队进攻辽县以西石匣，当夜将其占领。左翼队28日进抵马厩附近，准备当晚进攻辽县。
这时，和顺、武乡日军分别向辽县、管头增援。
八路军总部命令停止进攻辽县，以一部钳制和顺南下之敌，主力转移至红崖头、关帝垴地区，准备歼灭武乡东援之敌。
第129师遵令转移兵力，同时猛攻管头，在29日24时将其攻克。
1940年9月30日9时左右，左翼队赶到红崖头以南山地，右翼队尚未到达预伏地区。武乡日军600余人正越过预伏地区，其先头与右翼队遭遇。
左翼队迅速向日军的后尾、侧翼同时展开攻击，日军在飞机8架掩护下，占领高地顽抗。战斗持续了两天一夜，双方伤亡惨重。
1940年10月1日黄昏，辽县西援日军500余人突破右翼队阻击，逼近左翼队指挥所附近，左翼队奉命撤出战斗。
同日，八路军总部鉴于辽县、武乡日军会合，阳泉南援日军1000余人已抵辽县以北的寒王镇，第129师相当疲劳，伤亡较大，判断增援辽、榆地区的日军可能趁势“扫荡”太北地区，乃决定结束榆辽战役。
1940年9月12日，第120师下达了同蒲铁路北段行动计划，决心从9月20日开始破击同蒲铁路宁武、忻县段（重点在宁武、大牛店之间）。
1940年9月14日，第358旅从根据地娄烦以西地区出发，北越静乐、岚县公路，16日到达马家沟集结。
该旅以第3支队（辖第7、第8团、特务营）袭击头马营。
1940年9月18日24时，第3支队以特务营向头马营发起攻击，以第7、第8团打援。战斗至翌日晨，宁化堡日军40余人增援头马营，行至山寨村被打援部队包围歼灭。
20日，羊圈岭日军约200余人前出至里鄢村企图反扑。该旅第716团于当日14时向里鄢村之敌发起攻击，次日拂晓，该敌惟恐被歼，逃回羊圈岭。
独1旅于9月16日夜东渡汾河。18日得悉，羊圈岭日军400余人袭击雁北支队扑空后返回上庄，乃决心围歼该敌。
遂于18日13时向该敌发起攻击，激战至19日凌晨，旅主力撤出战斗执行破击任务，残敌向羊圈岭退去。
这次战斗，独1旅伤亡105人，毙伤日军约200人。各部队击破阻扰之敌后，即投入对同蒲铁路的破击作战。
1940年9月22日晚，第358旅第4团（附师属工兵连）、师特务团前出到段家岭、轩岗间破坏同蒲铁路数段。
与此同时，第2团袭击奇村，第715团袭击忻口、楼板寨。
23晚，第2团破坏忻口以南铁路，第715团破坏忻口以北铁路。
25日夜，第715团再次破坏了大牛店、轩岗段铁路。独2旅也于朔县、宁武间破坏铁路数段。
第120师经过6天的破击作战，使同蒲铁路交通再次中断。
第三阶段（1940年10月6日至1941年1月24日）
日军在华北的广大地区连续遭到八路军两次大规模攻势的打击，为防止局势继续恶化，尽快稳住占领区，遂调集重兵，从10月6日起，先后对华北各抗日根据地进行报复“扫荡”，企图趁八路军连续作战来不及休整之机，打击八路军主力，毁灭抗日根据地。
在榆辽战役结束的10月1日，八路军总部在给各大区的指示中，就指出增援辽、榆之敌可能顺势“扫荡”太北地区，各部应有相应的准备。
1940年10月19日，八路军总部下达了反“扫荡”作战计划，据此各地区军民展开了反“扫荡”作战。
日军第1集团军为打击第129师主力，毁灭抗日根据地，从10月6日至12月5日，先后“扫荡”晋东南的太行、太岳区。
第129师来不及休整补充，即投入反“扫荡”作战。
太行地区10月6日，冀西武安敌800余人，开始“扫荡”阳邑一带。
11日，日军独立混成第4旅一部从辽县、武乡出发，第36师一部从潞城、襄垣出发，共3000余人，南北策应，“扫荡”榆、辽、武之间的浊漳河两岸地区，合围“清剿”榆辽公路以南地区。
14日自洪水、蟠龙、西营一线东犯东田、左会地区。八路军第385、第386旅，决死第1纵队等部，在内线节节阻击进犯之敌，新10旅在外线作战。
15日上午新10旅2个团在和辽公路弓家沟伏击敌汽车运输队，毁敌汽车40多辆，歼灭押车日军100余人。
17日，“扫荡”之敌分途退去。
1940年10月20日，日军第36师及独立混成第4旅等部近万人，分由武安、辽县、武乡、潞城等地出发，“扫荡”清漳河东西地区，重点指向中共中央北方局、八路军总部机关及第129师师直、晋冀豫边区党政机关所在地的麻田、左会间地区及涉县、偏城一带。
日军进入合击地区后，连续数日实行“清剿”和烧杀。
26日，日军开始回撤，回撤的路上实行分区“扫荡”。根据地受到严重破坏和摧残。
1940年10月29日，“扫荡”黄烟洞之敌第36师一部500余人，辎重民夫400余人，经左会进到蟠龙以东的关家垴，准备返回武乡。
当日13时，八路军总部令第129师集中主力歼灭该敌。当日夜，第129师以第385、第386旅主力，新10旅及决死第1纵队各一部，将该敌包围于关家垴，拟于次日4时发起总攻。
被围之敌除紧急构筑工事外，趁夜暗袭占了关家垴西南的凤坑顶高地，以两处制高点，互为犄角，固守顽抗。
第129师按原定计划向关家垴之敌发起进攻，并分兵一部夺取凤垴顶。第129师部队迅速突破敌防御，将其压缩于狭小地区，展开白刃搏斗，激战持续到31日拂晓，敌大部被歼，仅剩60多人死守阵地。
下午，黄烟洞方面之敌1500余人，在飞机10余架支援下驰援。第129师撤出战斗。残敌在援敌接应下，遗尸280余具，向洪水逃去。
至此，日军大部已由根据地中心区撤走。
1940年11月初，太行南部黎城日军北犯南、北委泉，继向西井进犯，襄垣日军经西营向蟠龙进犯，企图台击东田及八路军总部所在地砖壁一带。
第386旅奉命急赴蟠龙以东的大陌村南北一线阻击进犯之敌，掩护八路军总部转移。
1940年11月3日9时，部队刚在大陌村一带部署就绪，即与来敌展开激战。
日军连续发动进攻，并夺占大陌村部分阵地。第386旅顽强扼守，一直坚持到4日凌晨4时，在八路军总部顺利转移后，才撤出战斗。
日军合击企图未逞，于5日向白晋线退去。
太行区北部，和顺敌2500余人经寒王镇、长城镇于11月3日到榆社，加强了榆、辽、武地区日军力量。
此后，对榆辽公路以南讲堂、岭上、宋家庄、郭郊、大有一带进行了反复“扫荡”。
在根据地军民的袭扰打击下，至13日，日军先后退回据点。太行区历时40天的反“扫荡”结束。
太岳地区从11月17日开始，日军以第37师一部从沁县、南关镇出发，以独立混成第16旅一部从平遥、介休、霍县出发，以第41师1个营从洪洞出发，共7000余人，分路合击沁源及其以北的郭道镇地区。
为避敌锋芒，太岳军区将领导机关与主力部队组成沁东、沁西2个支队，转移于日军合击圈外的沁河两岸地区，打击日军分散活动的部队。
日军在地方武装袭扰下，于23日进抵合击地区后，即实行分散“清剿”。沁源县受摧残最严重，被害群众达5000余人，占全县人口1/10，牲畜被杀近万头，被抢走7000余头，房屋被毁3～4万间。
大岳军区部队抓住日军四出“清剿”，兵力分散的机会，积极打击日军。
23日，沁西支队第42团在官滩歼灭日军100余人。
27日，第42、第59团各一部又在胡汉坪、马背一带毙伤日军160余人。
沁东支队第17、第57团，先后在光凹、陈家沟、龙佛寺、吾元镇、南卫村、南里等处予敌严重打击，其中第17团龙佛寺战斗，即歼日军100余人。
第22旅在交口地区也予敌以重创。日军被迫于12月5日分路撤出太岳区。
晋察冀边区的反“扫荡”作战，从日军首先进攻的平西地区开始，逐次展开。
平西反“扫荡”平西抗日根据地直接威胁着日军华北方面军司令部驻地和华北伪政权中心北平，以及华北的主要交通线平汉、平绥线，是日军对晋察冀边首先“扫荡”的目标。
1940年10月13日，日伪军1万余人分10路向平西根据地中心区进犯，遭我军不断袭扰，打击，10月中旬退回据点。