为配合正太铁路和同蒲铁路北段的破击战,第129师和晋察冀军区还令所属部队出动50多个团的兵力，在游击队和民兵的配合下，对平汉、平绥(今北京-包头)、北宁、同蒲(南段)、白晋(白圭-晋城)、津浦、德石等铁路线和一些主要公路，以及日军占领的许多据点，进行了广泛的破击和袭击。
8月25日后，日军从白晋铁路、同蒲铁路南段抽调第36、第37、第41师各一部,配合独立混成第4、第9旅向第129师反击;从冀中、冀南抽调约5000人的兵力，配合独立混成第8旅向晋察冀军区部队反击。9月2日,日军合击正太铁路南侧的安丰、马坊地区的第129师。该师以4个团的兵力英勇抗击,毙伤日军200余人。9月6日，第129师第386旅和决死队第1纵队各两个团,于榆社西北双峰地区包围日军1个营，击毙400余人，打破了日军的合击。晋察冀军区为策应第129师作战,以4个团向正太铁路北侧盂县地区的日军出击，迫使正太铁路南侧的日军北援。同时，第120师对同蒲铁路忻县至太原段的破击，也有力地牵制了日军对正太铁路的增援。
9月10日,八路军总部为休整部队，准备再战，命令各部结束第一阶段的作战。第一阶段作战，由于八路军突然而猛烈地破击日军占领的交通命脉，使日军联络中断,到处被动挨打,陷入一片慌乱之中。汉奸、伪军更是惶恐不安。沦陷区人民异常振奋，自发地支援八路军作战。
继续破击日军交通线，重点攻占交通线两侧和深入根据地内的日军据点 为扩大战果，9月16日，八路军总部发出第二阶段作战命令，要求各部队继续破坏日军交通线, 摧毁深入抗日根据地内的日伪军据 点。部署是：第120师主力对同蒲铁路北段宁武至轩岗段进行彻底破坏，再次切断同蒲铁路北段的交通;晋察冀军区主力破击涞(源)灵(丘)公路， 并夺取涞 源、灵丘两县城;第129师重点破击榆(社)辽(县)公路，收复榆社、辽县(今左权)两县城。
晋察冀军区以8个团、3个游击支队、2个独立营组成左、右翼队和预备队，于9月22日发起涞(源)灵 (丘)战役，对该地区的日军独立混成第2旅和第26师及伪军各一部发动进攻。右翼队重点攻击涞源县城，由于缺乏攻坚器材，日军顽强抵抗，经通宵激战，未能得手。23日,转为攻击涞源外围日军据点。至26日,相继攻占三甲村、东团堡等10余处据点。28日，由张家口增援的日军3000余人进抵涞源城，右翼队遂转移兵力于灵丘、浑源方向，协同左翼队先后攻占了南坡头、抢风岭、青磁窑等日军据点。10月9日,又有大同日军1000余人来援。晋察冀军区遂决定结束涞灵战 役。此役共歼灭日伪军1 000余人。
第129师以第386旅和决死队第1纵队两个团组成左翼队，以第385旅(附第32团)组成右翼队，于9月23日发起榆(社)辽(县)战役，向守备榆辽公路的日军独立混成第4旅展开攻击。至30日，左翼队经过艰苦奋战，攻占榆社县城，歼日军400余人。右翼队攻占榆辽公路上的小岭底、石匣等日军据点后，准备协同新编第10旅进攻辽县时，和顺、武乡的日军同时出援，第129师遂决定停止攻城，转移兵力于红崖头、官地垴地区伏击由武乡出援的日军。第385旅在向伏击地域开进途中，与日军援兵600余人遭遇，经15小时激战，日军虽被消灭过半，但余部依托有利地形进行顽抗，双方形成对峙。同时由和顺出援的日军突破新编第10旅狼牙山阻击部队阵地。在这种情况下，第129师遂撤出战斗，榆社复为日军占领。榆辽战役共歼日军近1000人。10月14日,第129师一部在和(顺)辽(县)公路上的弓家沟设伏，歼灭日军一支运输队，击毁汽车40余辆。
第120师为配合涞灵、榆辽地区的作战，对同蒲铁路北段进行了新的破击，再度切断了该线交通。第129师所属冀南军区以12个团的兵力,对日军正在修筑的德石铁路和邯(郸)济 (南) 铁路以及一些重要公路 线，均进行了破击，共歼日伪军1700余人。晋察冀军区所属冀中军区部队10月1～12日,举行任(丘)河(间)大(城)肃(宁)战役,攻克据点20余处,歼日伪军1500余人，破坏公路150公里。第二阶段作战，八路军攻克日伪军据点多处，平毁了部分封锁沟、墙，打击了伪政权组织，进一步扩大了抗日根据地。
反击日军大规模报复"扫荡" 日军遭到八路军连续两个阶段大规模进攻作战的打击后，深感八路军对其威胁的严重性。为稳定局势，巩固占领区，便调集重兵对华北各抗日根据地进行大规模残酷的报复"扫荡"。10月19日,八路军总部下达反"扫荡"作战命令，要求各部队与地方党政机关和广大群众密切配合，广泛开展游击战，坚决消灭进犯之敌，粉碎日军的"扫荡"。
