山位於陽泉西南4公里處，佔領該地可以控制陽泉以西十幾公里的鐵路線，並對陽泉構成嚴重威脅。敵獨立混成第4旅力挽救其守備部隊被各個殲滅的命運，扭轉陽泉的被動態勢，從8月21日上午起，集中陽泉日軍，並武裝日本僑民，連日出犯獅堖山。敵兵力由200餘人增至600餘人，在約20架次飛機轟炸掃射和施放毒劑的支援下，連續進行反撲。第129師總預備隊頑強阻擊，戰至25日，先後打退敵多次進攻。
26日，日軍進一步增兵，繼續向獅堖山反撲。第14團在取得堅守6晝夜、殲敵400餘人的重大勝利後，為避免不利情況下的決戰，主動撤出獅堖山主峰，繼續以小分隊鉗制敵人，主力轉移執行新的破路任務。
在正太線破襲戰取得重大勝利，第一步戰役目標基本實現，該線日軍增強力量，頻繁向破襲部隊反撲，山西南部日軍第36、第37、第41師也準備北援正太路的情況下，八路軍總部幹26日下達了第二步行動方案，指示在正太路不能繼續堅持作戰，或徹底完成正太戰役任務的情況下，行動方針是乘勝開展正太線兩側戰鬥，力求收復深入我各個根據地內的某些據點，繼續堅持正太線的游擊戰；具體部署是晉察冀軍區一部向盂縣以北地區活動，第129師一部進擊和遼公路，力求收復和、遼兩縣，第120師一部繼續破襲同蒲鐵路忻縣、太原段，乘勝拔除根據地腹地之敵據點。指示各部可向指定區域預作準備，但不要放鬆現有任務的執行。
為給第二步行動創造有利條件，八路軍總部於27日、29日一再強調繼續破路和集中優勢兵力殲滅出犯或增援的1個營以下的日軍部隊。根據上述指示，晉察冀軍區27日命今右縱隊繼續破路1、2天。第129師除以部分兵力監視各據點日軍外，主力每日輪班破路。在第129師連續破襲下，正太路西段除壽陽、陽泉等少數城鎮外，基本被破壞，交通完全斷絕。
9月2日，八路軍總部命令：從3日起結束正太戰役；各集團按8月26日命令的第二步行動方針轉移兵力，乘正太路遭破壞後，敵不能轉移兵力的有利時機，完成第二步計劃的任務。
晉察冀軍區按照總部26日命令，組織進行盂北戰役。第129師由於日軍主力反擊，轉入打擊出犯日軍的作戰，對進擊和遼公路，收復和、遼兩城的任務，留待下階段完成。
9月2日起，晉察冀軍區部署新的戰役行動，以第2、第5、第16、第19團參加主要方向作戰，立即向盂縣和壽陽以北出動，收復該地區內的敵據點，並規定第19團殲滅上、下社敵人，第5、第16團奪取盂縣城，第2團向西煙、宗艾出擊；以第3團、第4軍分割槽特務營及平並獲遊擊支隊一部，繼續鉗制正太路東段之敵；以騎兵第1團主力、第120師騎兵營、行靈遊擊支隊及軍區教導團在平漢線方面執行鉗制任務。
由於正太線的破襲戰，使盂縣以北敵人主力南調增援，守備兵力減弱，各據點已感到恐慌，晉察冀軍區部隊展開銳猛攻勢後，不少據點守軍開始動搖，9月5日下午，下社日軍在上社日軍接應下，退到上社，在該地仍下敢停留，與上社日軍一同連夜向盂縣方向逃跑。9月5日晚，第19團趕到上社附近後，即與第2軍分割槽特務營向逃敵展開追擊。此時，第19團進至神泉、普田地區的第1營截斷了日軍退向盂縣的道路。6日9時，將該敵包圍於興道村。經5小時激戰，殲其大部，殘敵80餘東逃羅裡掌山，復陷於第19、第5、第16團包圍之中。9日夜，日軍大半被殲，只剩下40親人趁濃霧突圍，逃進盂縣城。
第2團第3營於7日佔領西煙村，8日夜衝入日軍據守的土寨，日軍大肆放毒，突擊部隊全部中毒後退出，雙方各傷亡20餘人。9日、10日繼續圍困。11日，西煙日軍在盂縣日軍200餘人接應下，逃回盂縣。
9月4日，日軍抽調2000餘人增援盂縣地區，開始反撲。9月10日，晉察冀軍區命令第19、第5團留盂縣以東以北地區待命，準備配合第129、第120師行動；其餘各團向根據地東部、東北部轉移，準備執行新任務。
為了鉗制正太線方面八路軍的破襲作戰，轉變被動態勢，日軍糾集獨立混成第4旅4個步兵營（配屬第36師以1個步兵營為基幹的支隊）、獨立混成第9旅3個步兵營（配屬第36、第41師均以1個步兵營為基幹的支隊各1個）等部，向第129師實施反擊。8月30日，獨立混成第9旅自太谷、榆社之間地區，9月1日，獨立混成第4旅自平定、和順、遼縣，榆社一帶相互策應推進，以松