太原失陷後，中國第二戰區部隊大部遲至晉西、晉南、部分渡過黃河，進入陝西，1938年2月初，日軍為配合其津浦路作戰，並相機進攻渲關，西安和陝北，以第20師團沿同蒲路南下，向臨汾、風陵渡進攻，威脅渲關；以第109師團沿汾（陽）離（石）公路向晉西南黃河渡口進攻，進逼陝北；以第108師團由平漢路上之邯鄲沿邯（鄲）長（治）公路西進，配合第20師團奪取晉西南。與此同時，國民政府軍事委員會亦命令第二戰區反攻太原。第二戰區擬定以右、中、左3路軍向太原反攻。
八路軍總司令朱德以第二戰區副司令長官身份任東路軍總指揮。東路軍除八路軍部隊外，國民黨軍武士敏部第98軍，李默庵部第14軍、曾萬鍾部第3軍、李家鈺部第47軍等，亦統由朱德指揮。八路軍的任務是切斷日軍的後方交通，配合友軍向太原進攻。八路軍總部於2月4日、5日向八路軍各部連續發出破襲同蒲、平漢、正太路和邯長公路的作戰命令。
遵照八路軍總部的命令，晉察冀軍區於2月上旬對平漢、正太、同蒲路進行了破襲作戰。2月9日夜，第3軍分區部隊向平漢路保至新樂段展開破襲，先後攻佔新樂、定縣、望都3縣城及清風店、方順橋等車站，並襲人滿城和保定城關，斃傷日軍370餘人，爭取偽軍100餘人反正，破壞鐵路50餘公里，焚毀新樂等6處火車站，使平漢路北段交通一度中斷，與此同時，第1、第2、第4軍分區部隊，分別攻佔蔚縣的九宮口、北口，襲擊渾源、忻口、原平、崞縣、代縣和井陘等城鎮，給同蒲、正太路沿線日軍以有力打擊。
2月中旬，八路軍第120師根據八路軍總部關於配合友軍作戰、破襲敵占交通線的命令，決心以師主力對同蒲路陽曲至忻縣段展開破襲作戰，並令第358、第359旅主力於17日在忻縣平社以西三交、岔上一帶集結。18日，破襲作戰開始。第359旅首先襲擊平社車站，殲滅日軍一部，佔領車站，切斷了該段日軍的鐵路交通。接著、向東發展進攻、連克鐵路沿線及其附近要點豆羅村、麻會鎮、關城鎮及石嶺關等地。日軍為恢複該段交通。由忻縣出動800餘人，由高村出動200餘人、向在關城鎮、石嶺關的第359旅進攻，均被擊退。第358旅主力於平社以南之黃嶺村附近設伏，擊毀日軍南行軍運列車，殲敵一部。日軍為尋求報復，由陽曲出動700餘人，經高村向第358旅進攻。該旅於河庄、田莊地區將日軍擊潰、並乘勝追擊至高村車站附近。在此期間，第358旅還以一部兵力連續襲攏太原城郭及飛機場。經10天奮戰，第120師共攻佔平社、田莊等車站7處，炸毀日軍軍運火車3列、汽車10餘輛，破壞橋樑8座，拆毀鐵路10餘公里，殲滅日軍500餘人，切斷了同蒲路北段的交通，有力地配合了友軍作戰。
為鉗制與打擊向晉南、晉西進攻之日軍，配合友軍作戰，八路軍總部於2月18日命令第129師和第115師第344旅，向正太路陽泉至井陘段出擊。
據此。第129師首長決心以第769團襲擊井陘至陽泉間日軍重要據點舊關，引誘井陘日軍出援；以第386旅主力於井陘、舊關間之長生口設伏、殲滅出援之敵；以第344旅主力襲擊正太路娘子關至井陘間日軍據點。21日夜，第386旅以主力於長生口附近佔領伏擊陣地。22日拂曉，第769團一部襲擊舊關並將日軍包圍。井陘日軍聞訊，以200親人乘8輛汽車出援，當通過長生口附近時，第386旅伏擊部隊突然發起攻擊，經激戰，殲滅日軍警備大隊長以下130餘人，擊毀汽車5輛，繳獲迫擊炮3門。與此同時，第344旅襲擊娘子關至井陘間之日軍據點，斃傷日軍200餘人，一度切斷正大路的交通，有力地鉗制了向晉西、晉南進攻之日軍。
當第129師主力出擊正大路時，日軍第108師團由邯鄲經東陽關沿邯長公路西進，並於2月20日進佔長治，企圖奪取臨汾，配合沿同蒲路南下之第20師團消滅退至晉南的第二戰區國民黨軍。為了打擊與鉗制沿邯長公路西進之日軍，第129師遵照中共中央軍委和八路軍總部的命令，於3月上旬南移至襄桓東南地區，伺機破襲邯長公路，打擊西進日軍。
邯長公路是長治日軍從平漢路取得補給的主要交通線。因此，日軍在線上各要點均駐兵防守。位於該線上的黎城是日軍的重要兵站基地。而黎城與潞城之間系丘陵地帶，便於選擇伏擊陣地。第129師根據當面敵情、地形，決心「攻其所必救」，襲擊黎城，吸引潞城日軍出援，於潞河村與微子鎮之間的神頭嶺地區伏擊該敵，並相機打擊由涉縣出援之敵，以鉗制沿邯長公路西進之日軍第108師團，支援晉西、晉南友軍。部署是：以第769團一部襲擊黎城，以該團主力於東、西黃須伏擊由涉縣來援之敵；以第386旅（轄第771，第772團和補充團）於神頭嶺設伏，殲滅由潞城來援之敵。
3月16日4時，第769團第1營襲人黎城，殲敵100餘人，於拂曉前主動撤出。該團主力亦於東、西黃須擊退由涉縣來援之日軍。與此同時，第771團特務連燒毀黎城西南趙店鎮的大木橋，切斷黎城、潞城之間的交通。在第769團第1營襲擊黎城時，潞城日軍即以步騎兵1500餘人向黎城增援，9時30分，當該敵全部進入神頭嶺伏擊陣地時，第386旅突然向日軍發起攻擊。第771團於神頭嶺北端迎頭截擊日軍；第772團和補充團從公路兩則對日軍實施夾擊，並以一部切斷日軍退路。日軍遭此突然襲擊，加之兵力、兵器受地形限制，難以展開，頓時陷入混亂，死傷慘重。經激烈戰鬥，日軍大部被殲，一部突人神頭村內，憑藉房屋、窯洞、負隅頑抗。戰至11時13分，進入神頭嶺之日軍，除100餘人逃回潞城外，其餘均被殲滅。此後，潞城、黎城日軍雖連續出援，但均被阻援部隊擊退。是役，第386旅共殲滅日軍1500親人，俘8人，擊斃與繳獲騾馬600餘匹，繳獲長短槍550餘支。第386旅傷亡240餘人。
神頭嶺伏擊戰是八路軍繼平型關、廣陽伏擊戰之後進行的又一次較大規模的伏擊戰。這次戰鬥，由於準確掌握敵情，適時定下「攻其所必救」、「吸打敵援」伏擊殲敵於運動中的決心，巧妙利用地形，周密部署，合理使用兵力，收到了隱蔽突然、出敵不意、速戰速決的效果，是「吸打敵援」的最好戰例之一。就連日軍統帥部也稱之為八路軍的「典型的游擊戰」。
神頭嶺伏擊戰後，日軍在黎城以東的東陽關增設了據點。邯長公路上，日軍運輸繁忙，汽車來往不斷，支援晉南、晉西日軍向黃河各渡口進犯。為進一步打擊西進日軍，支援晉西。晉南友軍作戰，第129師首長決心以主力干涉縣西南之響堂鋪伏擊日軍運輸部隊。具體部署是：以第386旅第771團全部及第769團主力，預伏於響堂鋪公路以北之後寬漳至楊家山東西長5公里的一線山地，以一部預伏於公路以南之山腳下，阻止日軍搶佔南面高山；以第772團全部及第769團一部，阻擊由黎城和涉縣可能來援之敵，並保障伏擊部隊的側後安全。
3月31日8時許，日軍第14師團輜重部隊汽車180餘輛及掩護部隊由黎城經東陽關向涉縣開進。9時許，全部駛人伏擊區。伏擊部隊即以猛烈火力壓制殺傷日軍，隨即發起衝擊，與日軍展開白刃格鬥。經2小時激戰，將敵全殲。正當戰鬥激烈進行之際，黎城及東陽關日軍400餘人，涉縣日軍200餘人，趕來增援，均被阻援部隊擊退。16時許，當日軍飛機10餘架對響堂鋪實施轟炸時。八路軍伏擊部隊已安全轉移。此次戰鬥，共斃傷日軍400餘人，焚毀汽車180餘輛，繳獲迫擊炮4門，重機槍2挺，長短槍130餘支及其他大批軍用物資。第129師傷亡317人。
為配合正面戰場友軍晉西、晉南作戰，八路軍以3個師的主力，在人民群眾和游擊隊的支援配合下，向日軍控制的華北交通大動脈進行首次集中破襲，使華北的主要鐵路交通一度陷入癱瘓，有效地鉗制和打擊了日軍，有力地配合了正面戰場友軍的作戰。