軍和游擊隊的英勇抗擊下，有6路日軍被阻；只有由屯留、長治、平定等地出動的日軍第108師的3路，侵入晉東南根據地腹地，且不斷遭到阻擊襲擾，處於恐慌不安的境地。
4月11日，八路軍總部令第129師主力及第689團由外線轉向內線，進至武鄉以北地區，尋機殲滅侵入根據地腹地的孤立之敵。
4月15日，侵佔武鄉的日軍第108師之第117團及配屬的特種兵共3000餘人，北犯榆社撲空後，倉惶撤回武鄉，並於當日黃昏又放棄武鄉，連夜沿濁漳河東撤。第129師首長命令第772、第689、第771團沿濁漳河兩岸平行追擊，第769團沿武鄉至襄垣大道尾追敵人。16日晨，八路軍在武鄉以東長樂村以西截住了敵軍大部，將敵攔腰斬斷。日軍遭到八路軍突然猛烈的打擊，頓時亂了陣腳，1500餘人及車輛、馬匹被壓縮在狹窄的河谷裡，喪魂落魄，欲戰無力，欲逃不能。此時，已過長樂村的日軍為解救其被圍的部隊，集中1000餘人向第772團左翼戴家坑陣地猛攻，一度攻佔該地。12時，第689團趕到，經七八次反覆衝鋒肉搏，又將陣地奪回。14時，日軍第108師第105團1000餘人由遼縣趕來增援，被八路軍擊退。
17時，日軍又從遼縣調第105團1000餘人來援。此時，被圍之日軍已被全殲，第129師首長遂決定主動撤出戰鬥。此戰，八路軍共斃傷日軍2200親人，自身傷亡800餘人，第772團團長葉成煥光榮殉國。長樂村戰鬥的勝利，重挫日軍銳氣，對粉碎敵之“九路圍攻”起了決定性的作用。
此後，各路日軍紛紛撤退。八路軍、決死隊及國民黨軍乘勝迫擊，先後在沁源以南及沁縣至沁源間、遼縣至和順間殲滅日軍一部。
27日，八路軍又在高平縣以北的張店等地截殲日軍1000餘人。至此，敵對晉東南地區的“九路圍攻”被徹底粉碎。
此役歷時23天，八路軍共殲滅日軍4000親人，收復縣城18座。此次戰役的勝利，不僅打破了日軍企圖用分進合擊的戰術驅逐或消滅晉東南八路軍的計劃，而且使共產黨和八路軍的威望更加提高。從而大大地鼓舞了人民群眾抗戰勝利的信心，使晉冀豫抗日根據地更加鞏固，為八路軍向冀南、豫北平原發展創造了條件。
4月下旬，晉冀豫軍區正式成立，第129師參謀長倪志亮兼任司令員，黃鎮任政治委員，王樹聲任副司令員，賴際發任政治部主任，軍區對外稱第129師後方司令部。按各基幹支隊活動地區劃分力5個軍分割槽，各軍分割槽對外仍以支隊名義出現。秦賴支隊為第1軍分割槽，秦基偉任司令員，賴際發任政治委員；遊擊支隊力第2軍分割槽，桂幹生任司令員，張貽樣任政治委員；先遣支隊為第3軍分割槽，張賢約任司令員，張南生任政治委員；謝張大隊為第4軍分割槽，張國傳任司令員，謝家慶任政治委員；趙塗支隊為第5軍分割槽，趙基梅任司令員，塗錫道任政治委員。
五、晉西南抗日根據地的建立
晉西南地區位於黃河以東、同蒲鐵路以西、汾離公路以南，呂梁山脈縱貫南北，是陝甘寧邊區的東面屏障。早在太原失陷前，毛澤東主席就電示八路軍總部，於適當時機派部隊進至呂梁山脈活動。在太原失守的當天，毛澤東又進一步指出：“呂梁山脈是八路軍的主要根據地；但其工作尚未開始，因此，不但徐旅須立即迅速轉移，林率陳旅亦不應在東邊戀戰，亦以立即開始轉移為宜。”據此，八路軍總部於11月9日令第115師師部率第343旅南進，準備轉移呂梁山脈，建立抗日根據地；第344旅則隨八路軍總部繼續在正太鐵路沿線活動。
第115師主力南下洪侗、趙城地區後，就地進行休整補充，12月底，從各團抽調部分骨幹，加上2000餘名新兵組成第343旅補充團。
1938年2月中旬，華北方面軍第1集團軍向晉西南地區發動大規模入侵，呂梁山部分地區變為敵後。第115師師部率第343旅由洪、趙地區進至孝義地區打擊敵人。2月19日，第343旅在孝義以西之兌九峪、辛莊等地襲擊、側擊由孝義西進之敵，並於20日收復大麥郊。21日，該旅在川口與西犯之日軍激戰，阻止了敵之西進。第115師在積極打擊日軍的同時，抽調幹部組成工作隊，深入石樓、永和等縣，發動群眾，組織抗日遊擊隊，同當地中共組織一起展開了建立抗日根據地的工作。
2月下旬，日軍在佔領隰縣、臨汾後，繼續向西向南推進，直接威脅著陝甘寧邊區的安全。第115師師長林彪（