晉西北地區位於同蒲路以西，黃河以東，平綏路以南，汾（陽）離（石）公路以北，是阻敵西進、保衛陝甘寧邊區的重要屏障，是聯繫華北各抗日根據地的樞紐。刨建晉西北抗日根據地，對堅持華北敵後抗戰有著重要的戰略意義。
1937年9月中旬，中共中央和毛澤東指示第120師開赴以管涔山脈為中心的晉西北，展開於大同、太原之翼側，並向綏遠發展。第120師於9月下旬進入寧武、神池地區後，一面以主力側擊沿同蒲路南進之日軍，配合友軍作戰；一面以教導團和師政治機關等共700餘人組成工作團，在師政訓處主任關嚮應（11月2日後任政治委員）率領下，分赴朔縣、偏關、臨縣、嵐縣等14個縣。同時，以第358旅第716團團長宋時輪率該團第2營組成雁北支隊，挺進平魯、左雲、右玉等縣，開展游擊戰爭和進行群眾工作。太原失陷後，地方工作團又隨師主力進至汾陽、離石地區和晉中平原，進而在晉西北全境展開工作，至1938年初，晉西北抗日根據地初步形成，主力部隊和地方裝都有了較大發展。第120師由出征時的2個旅3個團共8200餘人，擴大到2個旅6個團共2.5萬餘人，雁北支隊也由1個營擴大為5個營。同時，將神池、五寨地區的游擊隊編成獨立第1支隊。
1938年2月，正當侵入山西的日軍向晉西、晉南地區進攻時，遵照八路軍總部的命令，第120師主力在同蒲路北段積極展開交通破襲戰，切斷太原至忻縣間的鐵路與公路交通，有力地鉗制了日軍對晉西、晉南的進攻，使日軍後方受到嚴重威脅。
日軍為摧毀晉西北抗日根據地，消滅或驅逐八路軍第120師，解除其後顧之憂，並配合其對晉南的進攻。於2月下旬，乘第120師主力於同蒲路北段作戰之際，調集駐蒙軍第26師團、華北方面軍第109師團及偽蒙軍各一部，共1萬餘人，由平綏、同蒲路和太（原）汾（陽）公路沿線各據點出動，分5路對晉西北抗日根據地發動「圍攻」，21日至28日，日軍第26師團以1個聯隊由朔縣出動，攻佔寧武、神池、保德和五寨，一部西渡黃河進攻府谷；另一個聯隊由井坪鎮出動，攻佔偏關、河曲；以偽蒙軍李守信部3000餘人由綏遠南下、佔領清水河後，進至偏關，與日軍會合。與此同時，在太（原）汾（陽）公路集中之日軍第109師團，以一部2000餘人由汾陽進佔離石後，於26日進至黃河東岸的軍渡和質口，隔河炮擊八路軍留守兵團河防陣地；另以一部由文水、交城出動，佔領岔口、古交、河口地區，並向婁煩進攻。當時在晉西北偏關、興縣、臨縣、靜東和寧武等地區、雖有晉綏軍4個軍（騎兵第1、第2軍及第34、35軍），但除第35軍對進犯方山、臨縣、婁煩之日軍稍作抵抗，其餘均先後撤退。
為粉碎日軍的「圍攻」，第120師師長賀尤、副師長蕭克、政治委員關嚮應令留在根據地內的部隊和游擊隊積極開展游擊戰，襲擾、疲憊日軍，遂率主力於28日由同蒲路北段星夜回師根據地，並以第359旅主力進至岢嵐地區，阻擊由五寨南犯之敵；以第358旅主力進至離石、磧口以北地區，側擊企圖渡河西犯之敵。3月2日，軍渡、磧口日軍突然東返離石，並北犯方山、臨縣。接著，進攻府谷之日軍退至河東保德，五寨日軍則繼續南下，佔領岢嵐。至此，日軍圍攻晉西北抗日根據地的企圖已明。針對上述情況，毛澤東於3月6日電示八路軍總部及第120師：應與國民黨軍傅作義部協同作戰，集中主力打擊敵軍一路，「破壞敵之包圍計畫，鞏固晉西北根據地，策應其他區域之作戰」。第20師首長決心集中4個團的兵力，首先打擊深入五寨、岢嵐孤立突出之日軍，爾後，再向神池、寧武方向發展。
3月7日，第120師首長令第359旅（欠第719團）和當地游擊隊，採取圍困戰，將日軍第26師團第11聯隊1000餘人圍困於岢嵐城內，並斷絕其交通補給和水源，迫其棄城突圍，爾後，於運動中殲滅之；令第358旅向岢嵐東北機動，準備截殲棄城突圍之敵；令警備第6團、雁北支隊，獨立第1支隊、師騎兵營、第359旅第719團、決死第4縱隊及地方游擊隊，分別在保德至神池之間和朔縣以北及寧武外圍，襲擾牽制日軍，配合主力作戰。侵入奇崗之日軍在第359旅及地方游擊隊圍困和連續襲擊下，補給特別是水源斷絕，而且待援無望，遂於3月10日15時棄城向北突圍。第359旅跟蹤追擊，於三井鎮殲滅日軍300餘人。其餘日軍逃人五寨縣城。
岢嵐日軍逃至五寨後，該地日軍達1000餘人。五寨城牆堅固，並有義井鎮、三岔堡等地日軍策應。據此，第120師首長遂以第718團及地方游擊隊圍困五寨；以第358旅主力進至義井鎮與神池間地區；以第359旅主力進至五寨、三岔堡之間，待機殲敵於運動中。17日，第358旅進至義井鎮以南的虎北村、山口村地區時，與由神池南下增援五寨之日軍1000餘人遭遇。該旅迅速搶佔有利地形，先敵展開，居高臨下，向日軍多次發起衝擊，經6小時激戰，殲滅日軍300餘人，並乘勝追擊日軍至義井鎮附近。18日，三岔堡日軍出動200餘人增援五寨，又被第359旅第717團擊退。至此，五寨日軍完全陷入孤立。與此同時，警備第6團、雁北支隊、第719團及各地方游擊隊，對日軍後方交通線不斷進行破襲，使侵入晉西北抗日根據地內之日軍補給困難，處境日益不利。在此情況下，自3月20日起，偏關、河曲、保德、五寨之日軍，先後棄城東撤。第120師收復上述4城並乘勝截殲撤退之日軍。21日，當保德、三岔堡之日軍向神他撤退時，第359旅主力于田家窪截殲其一部，其餘日軍退至義井鎮，22日夜，集結於義井鎮之日軍共3個大隊繼續向神池撤退。第358旅主力於鳳凰山附近伏擊殲滅日軍300餘人。日軍連夜撤向神池，第120師遂跟蹤追至神池，並以一部越過神池，進至大水口及陽方口以西地區，斷敵遲路。神池之日軍在其退路受到威脅的情況下，於23日棄城撤往朔縣。第120師收復神池。
第120師收復神池後，侵入晉西北根據地之日軍，除寧武縣城南有1500餘人外，其餘均被擊退。第120師首長決心乘勝殲滅寧武之敵。遂以第716團及第718團第2營圍困寧武縣城，以第358、第359旅主力集結於寧武至陽方口之間的石湖河地區，伺機殲滅撤退或增援之敵。31日，朔縣之日軍出動步騎兵共600餘人，在飛機掩護下，經陽方口南下，企圖接應寧武之日軍突圍。10時許，當日軍進至石湖河與麻峪附近時，第359旅突然發起攻擊，日軍倉皇據守石湖河有利地形頑抗，寧武之日軍500餘人，乘機出城反撲，威脅第359旅側背。此時，第358旅第715團主動向出城反撲之日軍出擊，並與第359旅形成對日軍的夾擊之勢。激戰至黃昏，寧武出城反撲之日軍退回城內，石湖河日軍退回陽方口。第359旅和第715團共殲滅日軍300餘人。寧武之日軍見待援無望，遂於4月1日晚乘夜暗分路沿鐵路線北撤。第120師立即發起追擊，又於石咀子、石湖河附近殲滅日軍後尾一部。日軍經陽方口撤往朔縣。第120師收復寧武縣城。至此，反「圍攻」作戰勝利結束。第120師共殲滅日軍1500餘人，繳槍200餘支，汽車14輛，騾馬100餘匹，收復寧武、神池、五寨、岢嵐、保德、河曲、偏關7座縣城。
此次反「圍攻」作戰，第120師集中主要兵力擊破敵之一路，以次要兵力鉗制敵之其他各路，選擇深入腹地，孤立突出的一路為主要攻擊目標，採取圍困戰，迫敵突圍，於運動中殲滅之。這一勝利，挫敗了日軍摧毀晉西北抗日根據地的企圖，鞏固了晉西北抗日根據地，對保衛陝甘寧邊區也具有重要意義。