在八路军给予进攻平型关之敌第五师团以有力打击时，敌关东军察哈尔派遣兵团千9月27日和28日，先后突破国民党军茹越口、下社村内长城防线，直逼繁峙，威胁平型关、雁门关侧后。而沿平汉、津浦铁路进攻之敌，已占保定、沧县等地，并继续南犯。国民党军第一战区部队已向石家庄、德州以南撤退。在此情况下，毛泽东于29日致电八路军总部指出：“华北大局非常危险。敌已从平汉、津浦两路的中间突破进来，保定已失，敌正迂回石家庄的侧面，河北局面已经完结了”，“山西将成为华北的特殊局面”，“目前长城抗战仅是暂时的，而且是极短的暂时。”因此，我们的“根本方针是争取群众，组织群众的游击队。在这个总方针下实行有条件的集中作战。”正如毛泽东所料，10月上旬，国民党军放弃雁门关至平型关的内长城防线，退守忻口东西一线阵地，企图集中兵力与敌决战，保卫太原。10月6日，毛泽东致电周恩来等，要其转告国民党军事当局：“敌占石家庄后，将向西面进攻，故龙泉关（注：应为九龙关）娘子关两点须集结重兵，实行坚守，以使主力在太原以北取得胜利。”这是忻口战役能否胜利的关键之一。同时，他指示八路军要在敌之翼侧和后方积极打击与钳制敌人，配合友军保卫忻口、太原。八路军总部遵照毛泽东的指示，于10月6日、7日令第一一五师协同友军袭取平型关、大营镇，相机略取浑源、应县：令第一二○师以主力位于岱岳（今山阴县）以西山地，完全断绝大同与雁门关之间交通，以第三五八旅主力配合友军夹击宁武以南之敌；令第一二九师以一部进至正太铁路之寿阳、平定地区，积极钳制与打击西进之敌。
一、出击察南、冀西，打击晋东北之敌，切断张家口至代县敌之交通线
根据八路军总部的命令，第一一五师首先以独立团由晋东北向察哈尔省南部地区出击。10月10日，该团攻占涞源县城。15日拂晓前，该团以主力进至广灵、灵丘之间的冯家沟设伏。当日上午，敌第五师团的运输大队100余辆马车和担任掩护的步骑兵50余人进入伏击区。我独立团突然开火，并乘敌混乱之际发起冲击，经一小时激战，毙伤敌100余人，缴获大车100余辆和大量弹药给养，乘胜于16日收复广灵县城。19日至20日，蔚县之敌1000余人在坦克支援下猛攻广灵县城。我独立团给敌以杀伤后主动撤离，转移至广灵东南山地，待机歼敌。23日，广灵之日军1000余人在20余辆坦克、装甲车及5架飞机掩护下，沿公路向灵丘进犯，我独立团于冯家沟、南阁崖一线山地，顽强抗击，打退了敌人连续两天的猛攻。25日，我第三四四旅以一部增援独立团，向进犯之敌侧后实施威胁，敌遂向广灵撤退。独立团乘势追击，于当日黄昏再次收复广灵县城，并歼敌一部，余敌向蔚县逃窜。至26日，我独立团又相继攻克紫荆关及灵丘、蔚县二城。
在独立团出击察南的同时，骑兵营等部由晋东北挺进冀西。10月18日2时，该营奔袭曲阳县城，歼敌大部，残敌分向定县、新乐逃窜。骑兵营收复曲阳县城，缴获大量给养，并于当日打退定县之敌的反扑。至10月29日，骑兵营等部又连克平山、唐县、完县等县城，并袭击平汉铁路之清风店车站，严重地威胁了敌平汉铁路北段的交通。
在独立团、骑兵营向察南、冀西出击的同时，第三四四旅奉命打击晋东北之平型关、繁峙一线日军。10月14日，该旅主力于平型关东北小寨村附近，截击由灵丘驶来之敌汽车130余辆，并打退该敌一个大队的连续反扑，激战终日，毙敌100余人，毁敌汽车数十辆，迫敌退回灵丘县城。接着，该旅连续收复平型关、团城口、沙河镇及繁峙、浑源县城。经一个月的作战，第一一五师在晋东北和察南、冀西先后收复县城10座，并广泛袭击敌后方兵站和据点，切断了张家口至代县的敌后方交通线。
二、挺进雁北，威胁大同，切断大同至忻口之日军交通线
遵照八路军总部命令，第一二○师于9月底，以第三五八旅第七一六团第二营为基础组成雁北支队，在支队司令员宋时轮率领下北越长城，挺进雁北地区。10月1日，该支队首袭井坪（今平鲁县），歼敌一部，收复该镇；4日又北进收复平鲁县城（今平鲁镇）。接着，对同蒲铁路朔县至大同段展开破袭战。7日夜，袭击岱岳，攻占该镇以南之东榆林、马邑，并破坏桥梁数座；10日夜，又于怀仁以南之辛庄伏击敌运输队，毙敌100余人，击毁敌汽车18辆；23日，于周庄伏击由大同至岱岳之敌运输队，毙敌100余人，毁敌汽车10余辆；而后直逼大同，并于26日夜袭击大同西南之口泉村，毙敌一部。在不到一个月的时间内，该支队积极作战连续获胜，并广泛发动与组织群众，初步打开了雁北地区的抗战局面，严重地威胁了大同敌军和同蒲铁路北段敌之交通。
在雁北支队于雁门关以北积极作战的同时，第三五八旅主力于10月8日袭击宁武县城，歼敌一部，至13日，在友军配合下，收复该城。10月上旬，第三五九旅主力由晋察冀边区之平山返至忻口以西归建。14日，第三五八旅在第三五九旅协同下，攻占同蒲路上的大牛店等地，歼敌一部。18日，第三五八旅以第七一六团主力于雁门关以南黑石头沟公路两侧高地设伏，打击往返于大同至代县间的敌运输部队，切断进攻忻口之敌的后方补给线。10时许，敌汽车50余辆满载步兵由北驶入我伏击区，我第七一六团即以密集火力向敌车队进行袭击，击毁敌部分汽车。正当我与该敌激战时，由阳明堡方向驶来敌汽车200余辆。我第七一六团当即以一部兵力阻击该敌，激战至夜，敌又增援，我第七一六团遂撤出战斗。此战，共毙伤敌300余人，击毁敌汽车20余辆。20日夜，第七一六团以一部袭取了雁门关，以另一部破坏了广武至太和岭间的公路及桥梁。21日，该团再次于黑石头沟地区设伏。9时许，由南向北行驶之敌汽车200余辆和由北向南行驶之敌汽车数十辆，同时进入我伏击区，我军随即展开攻击，敌下车顽抗，并在8架飞机支援下向我反扑。我军居高临下，以猛烈火力歼敌一部，击毁其汽车10余辆，尔后主动撤出战斗。从18日至21日，我第七一六团在雁门关以南共毙伤敌500余人，毁敌汽车数十辆，切断了敌由大同经雁门关至忻口的后方补给线。与此同时，第三五九旅主力于阳明堡以南之王董堡附近数次伏击敌之运输队，先后毙伤敌300余人，毁敌汽车30余辆，使敌交通运输进一步陷于瘫痪。
至此，日军由大同经朔县至宁武和由大同经雁门关至忻口，以及由张家口至代县间的交通均为八路军切断。进攻忻口之日军的粮、弹、油料供应濒于断绝，攻势顿挫。
日军在地面攻击受挫，遂更加频繁地由代县西南阳明堡前线机场出动飞机，对忻口国民党军阵地进行连续轰炸。这时，奉命于崞县、代县以东地区侧击敌人的第一二九师先头部队第七六九团，进至滹沱河南岸苏龙口、刘家庄一带。该团发现敌机不断由滹沱河北岸的阳明堡机场起落。经周密侦察获悉：阳明堡机场有敌机24架，并驻有警卫分队和地勤人员共200余人。大部配置于机场北端，机场周围设有铁丝网并构有简单防御工事。据此，第七六九团首长决心夜袭敌机场，其部署是：以第三营袭击机场；以第一营钳制和阻击崞县的日军；以第二营（欠第七连）为团预备队，并以第八连破坏王董堡的桥梁，保障第三营侧后的安全；团迫击炮连位于滹沱河南岸，准备支援第三营战斗。10月19日夜，第七六九团各部分别向预定地区开进。第三营在当地群众的协助下偷渡滹沱河之后，以一个步兵连警戒阳明堡方向可能来援之敌，以两个步兵连和机枪连组成突击队，以一个步兵连作营预备队。突击队避开敌警卫分队驻守的机场北端，从机场东西两侧秘密进入机场，当接近到距敌机约30米时，敌哨兵始发觉，我突击队当即按预定计划发起攻击，一部将敌警卫分队压制于掩蔽部内，并打退其连续反扑；一部迅速扑向敌机群，先以猛烈火力突击，尔后将集束手榴弹塞迸机舱，敌机顿时爆炸起火。此时，敌警卫分队疯狂实施反扑，我突击队与敌展开白刃格斗。经一小时激战，歼敌100余人，毁伤敌机24架，我第七六九团完成任务后，顺利撤出战斗。此次战斗，主要由于兵力部署得当，战斗组织周密，加之隐蔽接敌，正确选择攻击方向和时机，发挥近战夜战的特长，所以取得了胜利。这一战斗的胜利，削弱了忻口当面之敌的空中突击力量，打击了敌之空中运输，有力地配合了友军作战。
三、打击沿正太铁路西犯之日军，支援友军作战
10月中旬，沿平汉铁路进攻之日军已占石家庄、邯郸等地，前出至漳河北岸，从而控制了河北大部地区。而进攻山西企图实施右翼迂回之第五师团与关东军察哈尔派遣兵团主力，由于遭到八路军和国民党军第二战区部队有力阻击，尚停滞于忻口一线。于是，敌华北方面军决定转移兵力，以夺取山西为主要战略目标，令第二十、第一○九师团由平汉路上之石家庄和高邑附近转向正太铁路及其南侧西进，迂回忻口、太原侧后，企图配合其忻口正面进攻的部队夺取太原。这样，山西就成为华北日军的主攻方向。在此情况下，我八路军总部令第一二九师向进攻娘子关之敌的侧后挺进，寻机歼敌，配合友军阻止敌军西进。该师自10月22日至24日先后于娘子关以东之长生口、东石门、马山村等处，以袭击、伏击、阻击等手段，打击进犯之敌。此后，为阻击和牵制由井陉沿正太铁路南侧西进之敌第二十师团左翼纵队，第一二九师主力迅速进至测鱼镇以西的七亘村地区。
10月25日，敌第二十师团主力一部经测鱼镇向平定进犯，其后方辎重部队1000余人进至测鱼镇宿营。第一二九师首长判断敌辎重部队必尾其先头部队经七亘村西进，遂决心以第三八六旅第七七二团一部，于敌必经之地七亘村，利用高山狭谷、道路曲折的有利地形设伏，歼灭敌之辎重部队。26日9时许，当敌由测鱼镇进入我伏击地域时，第七七二团放过其前卫部队，向其本队突然发起攻击，在短促猛烈的火力袭击后，即发起冲击，经两小时激战，毙日军300余人，缴获骡马300余匹及大批军用物资。余敌退回测鱼镇。我第一二九师首长判断敌先头部队急需补给，其退回测鱼镇之辎重部队，因无他路可走，必再经七亘村前送粮弹，同时敌可能根据“兵无常势”的一般原则以为我军不会再于七亘村设伏，因此，只要我军注意隐蔽伪装，继续在七亘村实行“待伏”，仍可收出敌不意之效。据此，令第七七二团再次于七亘村附近设伏。28日，敌果然以步骑兵400余人掩护辎重部队经七亘村西进，并加强了搜索警戒。11时许，当敌进至七亘村至改道庙之间时，我第七七二团突然发起攻击，战至黄昏，歼敌100亲人，缴获骡马数十匹。敌被迫再次退回测鱼镇。两次伏击战，该团仅以伤亡30余人的代价，取得了歼敌400余人的胜利，给进犯之敌以较沉重的打击。
由于国民党当局未按毛泽东的建议预置重兵加强娘子关、九龙关的防守，直至敌逼近后，始令第二十六、第二十七路军、第三军等部进至娘子关仓卒组织防御，致未能有效地阻止敌之进攻，26日，放弃娘子关，向西南撤退。在晋东战局危急的情况下，八路军总部于10月28日，率第一一五师师部及第三四三旅，由五台地区南下进至寿阳以南地区，并指挥第一二九师和第一一五师主力，积极打击沿正太铁路及其南侧西犯之敌，配合友军作战。此时，日军第一○九师团正经九龙关向昔阳进犯。为打击该敌，迟滞其西犯，第一二九师主力于10月31日进至昔阳以东地区。11月2日，敌第一○九师团之第一三六联队一个大队，由东冶头镇经黄崖底向昔阳进犯。第一二九师首长在查明情况后，决心在黄崖底利用两侧高地采取诱伏手段歼灭该敌。其部署是：以第三八六旅第七七一团千黄崖底以南之凤居村占领阵地，并派出小分队与敌保持接触，诱敌至黄崖底歼灭之；第七七二团隐蔽集结于黄崖底以东之巩家庄待机，准备协同第七七一团歼灭该敌。当日7时，日军经南界都进至黄崖底，我第七七一团派出之小分队与敌接触后，节节抵抗，退至凤居村西北高地扼守。敌屡攻不逞，遂撤到黄崖底河滩集结休息。我第三八六旅抓住这一有利时机，集中轻重机枪及迫击炮，突然向敌实施火力急袭，敌顿时混乱，一小时后，才集结500余人，向我第七七二团阵地连续进行反扑，但均被击退。敌乃退据黄崖底村，固守待援。我军为避免过大伤亡，遂撤出战斗。此次战斗，共毙敌300余人，毙骡马300余匹，我军仅伤亡30余人。
为继续阻击和迟滞西进之敌，打破其由平定、昔阳迂回榆次、太原侧后的企图，八路军总部令第一一五、第一二九师主力，于昔阳以西地区积极打击西进之敌。10月30日，我第一一五师主力进至昔阳以西之沾尚地区，待机歼灭由平定、背阳西犯之敌。11月2日，敌第二十师团第四十旅团先头之第七十九联队主力逼近马道岭。我第三四三旅以第六八六团第二营，在马道岭一带节节抗击，迟滞与疲惫敌人，以掩护旅主力完成伏击部署。敌在我第二营的不断抗击、袭扰下，前进缓慢，日行程仅7公里。我第三四三旅抓紧时机，迅速占领广阳及其以东道路南侧的有利地形，完成一翼伏击的作战部署：以第六八六团占领广阳镇南之瑶村、前小寒以北的高地，担负主要攻击；以第六八五团第三营由狼窝沟北山出击，协同第六八六团歼灭进入我伏击地区之敌。4日13时，敌先头两个联队通过广阳进至松塔镇，而其辎重部队则正处于我伏击地区内。我第一一五师采取避强击弱的原则，放过其先头主力，对其辎重部队突然发起攻击，将其分割成数段，经4小时激战，即将进入我伏击地区之敌全部歼灭。是役，我军歼敌近1000人，缴获骡马700余匹、步枪300余支以及大批军需物资，我军伤亡200余人。敌遭此严重打击后，不敢冒进，进至松塔镇之敌两个联队亦于6日返回广阳。
7日，我第一二九师第三八六旅及第七六九团，又于广阳以东之户封村地区设伏。17时许，当由沾尚镇西进之敌进入我伏击区时，我军突然发起攻击，经一小时激战，歼敌250余人。由于敌占据户封村进行顽抗，我军遂撤出战斗。
八路军在正太铁路南侧地区的连续作战，有力地钳制了日军第二十、第一○九师团经娘子关和九龙关的西犯，特别是在广阳附近进行的两次伏击战，予敌以严重打击，迫使其改道由广阳以北之上、下龙泉西犯，迟滞敌军行动达一周之久，从而掩护了防守娘子关地区之国民党军撇退。娘子关失守后，日军迅速进占寿阳、榆次，防守忻口一线的国民党军侧后受到威胁，遂全线向晋西南撤退。11月8日，太原失陷。
在此期间，沿平绥铁路西进之日军于10月14日占领归绥（今呼和浩特市），17日占领包头，控制了平绥铁路全线。沿平汉铁路南进之敌，突破国民党军漳河防线，于11月5日占领安阳。沿津浦铁路南进之敌，连续突破国民党军防线，于11月13日占领济阳，控制了黄河以北大部地区。敌以3个月时间即占领察、绥、晋、冀四省大部和山东省一部，控制了华北的主要交通线。
八路军自1937年8月下旬出师华北至太原失陷期间，在中共中央、中央军委的正确领导下，坚决执行全面全民族的抗战路线和独立自主的山地游击战的战略方针，在日军翼侧和后方广泛开展游击战和有利条件下的运动战，采取袭击、伏击等战术手段，在战役战斗上直接配合了国民党军作战，先后取得了平型关、雁门关、阳明堡和广阳等100余次战斗胜利，歼敌1.1万余人，毁伤敌机24架，击毁敌汽车400余辆，缴获步马枪1500余支、轻重机枪76挺、骡马2000余匹及其它大批军用物资，收复了10余座县城和广大乡村，给敌以沉重的打击，挫败其夺取山西、实施右翼迁回，威胁河北国民党军侧背的企图，有力地支援了友军作战；并在集中主力对敌作战的同时，以部分兵力分散开展地方工作发动和武装群众，为尔后广泛开展独立自主的游击战、实现在山西展开、创建抗日根据地创造了有利条件。
