鐵路沿線地區，太行軍區道清支隊和太嶽軍區一部兵力在八路軍遊擊第2、第3支隊配合下，先後攻克河南省焦作，修武、孟縣，沁陽等城，佔領道清鐵路及黃河北岸大片地區。為肅清魯西地區的日偽軍，冀南、冀魯豫軍區各一部兵力連續作戰，先後攻克齊河、夏津、高唐、曹縣、菏澤、寧陽等縣城。
在大反攻中，晉冀魯豫軍區部隊在廣大群眾支援下，共殲滅日偽軍10萬餘人，繳獲步槍7萬餘支、輕重機槍1600多挺、各種炮130門，收復縣城80餘座，使太行、太嶽與冀南、冀魯豫邊區連成一片，整個晉冀魯豫解放區得到大發展。
當山東軍區5路野戰部隊取得大反攻重大勝利之際，進入山東搶奪抗戰勝利果實的國民黨軍，除佔領主要城市外，還在日偽軍協同下，奪佔八路軍收復的城鎮。至9月中旬，相繼奪佔了膠濟鐵路沿線的即墨、益都、淄川、周村、王舍人莊、膠縣和博山等城鎮。根據中共中央和中央軍委指示，山東軍區修改了作戰計劃，調整了反攻部署，決定以一部兵力封鎖和圍圍濟南、青島、徐州等主要城市，以主力攻佔大部分中、小城市，奪取津浦、膠濟、隴侮鐵路沿線的車站，繼續殲滅拒絕投降的日偽軍，控制交通線。
魯中、濱海軍區部隊各一部，於9月10日對臨沂發起強攻，以2000公斤炸藥炸開城牆，迅即攻入城內，與負隅頑抗的偽軍進行激烈爭奪，11日攻克臨沂城，殲滅偽軍2000餘人。該城的解放，使魯中、魯南、濱海三個地區連成一片。9月6～8日，濱海軍區第1師佔領諸城、日照。膠東軍區第5師及警備第5旅於9月7日發起平度戰役。經3日激戰，斃傷俘偽軍5700餘人，拔除了日偽軍在膠東腹地的最大據點。渤海軍區部隊於9月1～17日相繼收復惠民、濟陽、齊東、鹽山、寧津和無棣。
26日，在地方武裝和廣大民兵配合下向商河發起總攻，全殲逃至該城的德平、臨邑、濟陽等縣偽保安隊，俘4500餘人。至此，渤海腹地縣城全部收復。9月8日，魯南軍區第8師全殲徐州外圍孤立據點峰縣城（今屬棗莊市）偽軍1500餘人，為進擊津浦、隴海鐵路創造了有利條件。
10月初，羅榮桓率山東軍區主力部隊進軍東北。新四軍軍長陳毅到山東工作並組成野戰指揮部，統一指揮津浦鐵路線兩側的作戰。為了控制濟南以北鐵路線，渤海軍區部隊於10月16日發起平（原）禹（城）戰役。至31日，渤海軍區部隊一部在地方武裝和民兵萬餘人配合下，攻佔恩縣（今屬平原縣）及黃河崖、李家廟、米鳳龍等據點，攻克平原城。另一部攻克南皮縣城及許官屯、桑園車站，控制鐵路30餘公里。11月1日，濟南日軍l000餘人、偽軍萬餘人重佔平原城，並加強平原至濟南段鐵路的守備。渤海軍區部隊經連續作戰至20日，攻克平禹段鐵路兩側據點74處和張莊、林莊車站，控制鐵路40公里。接著向陷於孤立的平原、禹城日偽軍發起攻擊。12月10日夜攻入禹城，殲滅守城偽軍大部。同時，殲滅從濟南馳援禹城的日軍300人。31日，禹城日軍棄城南逃，渤海軍區部隊將其圍困於車站以南的大溝內，激戰3小時，斃日軍145人，俘613人。平禹戰役歷經月餘，攻克4座縣城及津浦鐵路北段沿線許多據點，殲日軍約2000人、偽軍近萬人。在濟南以南鐵路線，魯南軍區部隊於10月17日向鄒縣城發起進攻，戰至19日，全殲城內日偽軍，迫使鄒縣車站日軍繳械投降。爾後，魯南軍區部隊解放滕縣等重要城鎮，控制鐵路線130餘公里。
至12月底，山東軍區部隊在大反攻中共殲滅日偽軍12萬人，解放城鎮、港口54個，切斷膠濟、津浦和隴海鐵路線，山東境內除鐵路沿線及西部幾座城鎮外，均獲解放。
新四軍為殲滅華中地區拒絕投降的日偽軍，繼續展開反攻作戰，並以蘇中、蘇北、淮南、淮北連成一片為目標，將作戰重點置於江北，第4師兼淮北軍區部隊8月24日在津浦鐵路以東佔領五河縣城，逼近蚌埠；24日在津浦鐵路以西攻佔永城，殲滅偽軍1000餘人。第2師兼淮南軍區部隊攻佔蚌埠西南部分地區。9月，該兩軍區部隊攻克津浦鐵路宿縣以北、滁縣以南9個車站，切斷了徐州至宿縣和浦口至滁縣兩段鐵路。第4師兼淮北軍區部隊還攻佔靈壁、蕭縣縣城及宿縣東北據點多處，殲滅日偽軍4000餘人，迫使偽軍4000餘人投降。第7師兼皖江軍區部隊解放巢縣以南地區，攻克淮南鐵路沿線部分車站。蘇中軍區部隊8月23日攻佔寶應縣城，俘偽軍2000餘人，9月1日攻克興化縣城，全殲偽軍1個師500