9月2日起，晋察冀军区部署新的战役行动，以第2、第5、第16、第19团参加主要方向作战，立即向盂县和寿阳以北出动，收复该地区内的敌据点，并规定第19团歼灭上、下社敌人，第5、第16团夺取盂县城，第2团向西烟、宗艾出击；以第3团、第4军分区特务营及平并获游击支队一部，继续钳制正太路东段之敌；以骑兵第1团主力、第120师骑兵营、行灵游击支队及军区教导团在平汉线方面执行钳制任务。

由于正太线的破袭战，使盂县以北敌人主力南调增援，守备兵力减弱，各据点已感到恐慌，晋察冀军区部队展开锐猛攻势后，不少据点守军开始动摇，9月5日下午，下社日军在上社日军接应下，退到上社，在该地仍下敢停留，与上社日军一同连夜向盂县方向逃跑。9月5日晚，第19团赶到上社附近后，即与第2军分区特务营向逃敌展开追击。此时，第19团进至神泉、普田地区的第1营截断了日军退向盂县的道路。6日9时，将该敌包围于兴道村。经5小时激战，歼其大部，残敌80余东逃罗里掌山，复陷于第19、第5、第16团包围之中。9日夜，日军大半被歼，只剩下40亲人趁浓雾突围，逃进盂县城。

第2团第3营于7日占领西烟村，8日夜冲入日军据守的土寨，日军大肆放毒，突击部队全部中毒后退出，双方各伤亡20余人。9日、10日继续围困。11日，西烟日军在盂县日军200余人接应下，逃回盂县。

9月4日，日军抽调2000余人增援盂县地区，开始反扑。9月10日，晋察冀军区命令第19、第5团留盂县以东以北地区待命，准备配合第129、第120师行动；其余各团向根据地东部、东北部转移，准备执行新任务。

为了钳制正太线方面八路军的破袭作战，转变被动态势，日军纠集独立混成第4旅4个步兵营（配属第36师以1个步兵营为基干的支队）、独立混成第9旅3个步兵营（配属第36、第41师均以1个步兵营为基干的支队各1个）等部，向第129师实施反击。8月30日，独立混成第9旅自太谷、榆社之间地区，9月1日，独立混成第4旅自平定、和顺、辽县，榆社一带相互策应推进，以松塔、安丰、马坊地区为中心合击第129师。

在日军主力转取反攻的形势下，第129师各路破击队即由破击作战转入打击出犯日军的作战。左翼队连日在高坪、道坪、红凹、中兰、卷峪沟地区予敌打击。特别是卷峪沟约15个小时的阻击战，毙伤敌200余人，沉重打击了日军合击安丰、马坊地区的企图，掩护了师指挥机关、后勤部门及右翼队的安全转移，从被动中争取了主动。这次战斗后，左翼队亦安全转移到外线。

6日，左翼队、第772团将太谷出犯之日军500多人包围盂榆社西北的双峰地区，激战一昼夜，歼敌400余，大挫其锐气。第385旅于6日于张建设伏，重创向辽县撤退的日军。右翼队于9月3日离开正太线向根据地转移，曾在平定以西打击阳泉出扰日军，消灭日军100余人。随后，部队即行分散，展开广泛游击战。至9月15日，第129师粉碎了日军万余兵力的连续反击。

第120师为配合正太路破袭战，从8月20日20时开始，对同蒲铁路和晋西北主要公路展开大规模的破击，攻取敌铁路公路线上的据点。

康家会是忻静公路上日军最大的据点，驻有日伪军50亲人，其东北石神有敌30人，西南利润有敌10余人，静乐有敌100余人。第358旅决心以第4团1个营进攻康家会，两个营在康家会以东的炭窑沟、青龙庄间设伏准备歼灭石神增援之敌；以第716团在康家会以西的砚湾设伏，准备歼灭利润、静乐增援之敌。8月21日零时30分，第4团第2营向康家会发起攻击，拂晓时将守敌全歼。由静乐乘2辆汽车增援的日军40人被第716团歼灭，由石神增援之敌也大部被歼。攻克康家会是一次部署周密的速决全歼战，缴获了大批战利品，它是第120师发起破袭战役不久即取得的第一个大胜利。

为扩张战果，第358旅以第4、第716团各一部强袭丰润，其余部队负责打援，8月25日晨将丰润山上碉堡攻占。正组织火力准备攻击猬集山下大庙内的日军时，敌增援部队赶到，攻击部队遂撤出战斗。

第120师独1旅于8用23日开始行动，第715团曾先后两次袭击寨子村，同时袭击岚县。第2团在群众配合下，破坏峪口至圪洞公路数里，又在班家庄以西山地伏击日军，并连袭石门鄢、寺圪塔敌据点。8月31日凌晨，独2旅第714团猛袭宁武、朔县间阳方口，烧毁了车站，破坏了附近铁路设备，切断了同蒲铁路。这次战斗、全歼守敌，毙伤敌120余人，俘日军2人、伪军32人。此外暂1师一度袭入五寨；决死第2、第4纵队切断了汾离公路，并一度袭入汾阳以西的王家池；第359旅第717团多次击退柳林出扰之敌。

第120师在晋西北先后作战180多次，歼日伪军800余人，攻克康家会、阳方口、平社、龙泉等敌车站和据点，一度切断了同蒲铁路北段以及忻静、太汾、汾离公路敌军交通线，钳制了日军大量兵力，使其难以增援正太路，有力地支援了第129师、晋察冀军区方面的作战。

百团大战第一阶段大体上在9月10日结束。在第一阶段中，由于部署周密，准备充分，部队行动迅速、秘密，充分发挥了战役的突然性，因此给了日军沉重打击。

（二）第二阶段（9月22日至10月上旬）

八路军发动百团大战后，从华北敌后到大后方的报刊大力传播胜利的消息，祝捷电文、信件从四面八方飞向延安，飞向八路军总部，极大地鼓舞了人心士气。延安开了祝捷大会。人们期待着取得更大的胜利。

中共中央9月10日指示：“根据中央七七宣言与七七决定，我八路军新四军全部力量，在目前加强团结时期，应集中其主要注意力于打击敌人，应仿照华北百团战役先例，在山东及华中组织一次至几次有计划的大规模的对敌进攻行动，在华北则应扩大百团战役行动到那些尚未遭受打击的敌人方面去，用以缩小敌占区，扩大根据地，打通封锁线，提高战斗力”，“击敌和友是目前军事行动的总方针。”＇中央统战部、中央档案馆编：《中共中央抗日民族统一战线文件选编》下，档案出版社，1986年版，第469页。＇