日軍華北方面軍為策應華中派遣軍進攻武漢，以第108師一部沿汾離公路西犯，進攻柳林、軍渡，並炮擊黃河西岸宋家川，直接威脅著陝甘寧邊區的安全。為粉碎敵之企圖，第115師代師長陳光、政治委員羅榮桓決心在汾離公路上伏擊日軍輜重部隊，以切斷其補給線。
9月14日，第343旅之第686團設伏於汾離公路中段吳城鎮以東的薛公嶺，將由汾陽西進的日軍20餘輛滿載軍用物資的汽車和200餘名步兵全殲。
17日，第115師又以第343旅補充團在吳城鎮以西的油房坪設伏，將從汾陽開出的日軍運輸汽車20輛及步兵100餘人全殲。
日軍在汾離公路上連遭打擊後，其後方補給線被切斷，被迫於9月19日由離石向汾陽方向撤退。第115師抓住有利時機，集中第686團、補充團、第685團第2營及師恃務連等部，再於20日設伏王家池附近地區，將東撤日軍800餘人全部消滅。
第115師在汾離公路連續三次伏擊日軍，共殲敵1200餘人，擊毀汽車30餘輛，繳獲各種槍560餘支、戰馬100餘匹，予敵以沉重打擊。
晉察冀邊區反擊日軍圍攻
1938年4月，晉察冀軍區部隊在邊區召開第一次黨代表大會之後，積極向東向北發展游擊戰爭。第120師之第359旅奉命於5月下旬由崞縣進入渾源、廣靈、靈丘等地，協同晉察冀軍區第1軍分割槽向平綏線發展。在“七·七”抗戰一週年之際，晉察冀軍區和第359旅在八路軍總部統一部署下，向平綏、平漢、津浦等鐵路線和附近城鎮據點發起了連續破擊作戰，一度攻克易具城，攻佔定縣車站及桃花堡、西合營、暖泉、北水泉等日偽軍據點，襲入新樂、平山等縣城，並擊毀了北平近郊石景山發電廠裝置，襲擊了香山附近之日偽軍。此次破擊作戰，八路軍共斃傷日偽軍1450餘人，俘偽軍130餘人，繳獲各種槍300餘支，破壞鐵路50餘公里，使平漢線北段的交通一度中斷。
八路軍連續作戰的勝利，使華北日軍驚恐不安。為消除後顧之憂，日軍在南取廣州，中攻武漢的同時，決定“北圍五臺”。自9月10日起，日軍先後調集第110、第26、第109師及獨立混成第2、第4旅共5萬親人兵力，對晉察冀根據地發動圍攻。
晉察冀軍區及邊區黨委針對日軍的企圖，提出了“一切服從戰爭，一切為了前線勝利，保衛家鄉”的戰鬥口號，在全邊區進行了反圍攻作戰的組織動員和具體準備。
自9月20日起，集結於晉察冀邊區周圍的日軍，開始向邊區城鎮要點進犯。
在東線，由平漢線之定縣、望都、保定等地出動的日軍第110師於21日佔領曲陽、唐縣、完縣等邊沿城鎮後，繼續向阜平發展進攻。晉察冀軍區第3軍分割槽部隊於9月22日分別在曲陽以東的趙邱和東北的劉家馬等地斃傷日軍300餘人，遲滯了日軍行動。10月3～4日，第1、第3軍分割槽及冀中軍區各一部在阜平以東之王快、方代口及東西莊一帶地區伏擊日軍，斃傷敵1000餘人。6日上午，日軍侵入阜平城。
在西線和南線，由同蒲鐵路之代縣、定襄等地出動之日軍第109師一部及由正大線之盂縣、平山、井陘出動之獨立混成第4旅，分路向五臺、子洪店進攻，企圖合擊晉察冀邊區黨政軍機關。晉察冀軍區第2、第4軍分割槽部隊分別在東冶、河邊村及上社等地阻擊日軍的進犯。南線之敵北渡滹沱河，繼續向柏蘭鎮發展進攻時，在牛道嶺、石佛寺等地被殲400餘人。
在北線，由平綏線之蔚縣、廣靈、渾源等地出動的日軍第26師及獨立混成第2旅，在9月20日佔領北口、九宮口等地後，向淶源、靈丘等地發展進攻。八路軍第120師第359旅與晉察冀軍區第1軍分割槽部隊密切協同，在邵家莊、馮家莊、居吉溝等地阻擊日軍，並於26日夜襲直峪。經6晝夜激戰，共斃傷日軍800餘人，有效地遲滯了日軍的行動。直至10月1日，日軍才進佔淶源、靈丘縣城。
日軍在侵佔五臺、阜平、淶源、靈丘等城鎮後，即加緊修築工事，建立據點，企圖採取先分割後“清剿”的手段，達到各個消滅八路軍主力，摧毀晉察冀抗日根據地的目的。
在晉察冀邊區反圍攻的關鍵時刻，毛澤東、朱德等領導人於10月2日電示晉察冀軍區：“根據敵人構築據點，步步推進，緊縮邊區，及敵人頑強與敵人不足的優缺點”，應“相當的集中主力於我有利的各種條件（敵人弱，地形有利）方面，準備待機”；“以小部隊與敵進行極