1940年2月上旬，八路軍第120師主力由晉察冀邊區返回晉西北抗日根據地後，根據中共中央和八路軍總部關於把晉西北建成連接陝甘寧邊區和華北的「戰略樞紐」的指示，部署所屬部隊，積極開展晉中平原和同蒲路北段的抗日游擊戰爭，以鞏固晉西北抗日根據地。同時，加強大青山根據地的鬥爭，並向綏東發展。從4月起，第120師進行整編和補充，主力部隊共補充12萬餘人，充實了編製。閻錫山發動晉西事變被粉碎後，為統一晉西北新軍的領導，成立了晉西北新軍總指揮部，以續范亭為司令員，羅貴波為政治委員。新軍的作戰行動統一受第120師師部指揮。新軍整軍後，共轄暫編第1師、決死第2縱隊、決死第4縱隊、工衛旅共10個團，1.2萬餘人。實際上成為由中共領尋的一支人民軍隊。
1940年2月下旬，日軍先後出動5000餘人，分路「掃蕩」五寨，臨縣、方山、文水和交城以西等地區。其目的在於偵察晉西北八路軍的情況，為以後進行大規模「掃蕩」作準備。5月，日軍在晉西北抗日根據地周圍部署了獨立混成第3、第9、第16旅團和第26師團一部，共2.5萬餘人，從5月下旬開始，修築公路，增設據點，運輸物資，井派特工人員潛入根據地進行偵察。日軍企圖乘八路軍第120師返回晉西北不久，集結重兵，一舉摧毀晉西北抗日根據地，殲滅八路軍第120師主力。第120師針對日軍的動向。制訂了作戰預案，並協助群眾進行空室清野，決心粉碎日軍的「掃蕩」。
5月底，日軍開始調動兵力。日軍第1軍在駐蒙軍配合下，將第26師團一部由大同、平魯、朔縣等地向偏關地區集結；獨立混成第3旅團由崞縣、代縣等地向五寨、神池、寧武地區集結，獨立混成第9旅團由忻縣、太原等地向靜樂、河口、古交地區集結；獨立混成第16旅團在離石、大武、柳林等地集結。作戰企圖是：先佔領岢嵐、嵐縣、交城以西及方山、臨縣並佔領黃河各渡口，切斷晉西北八路軍通往陝甘寧邊區的道路、爾後由北、東、南三面向晉西北抗日根據地中心區合擊，逐步壓縮圍殲晉西北八路軍，徹底摧毀晉西北抗日根據地。
八路軍第120師根據對敵情的判斷，決心：第一階段，相對集中兵力，打擊敵之薄弱部分，相機殲敵一部；第二階段，以分散的游擊戰為主，疲憊與消耗敵人，迫敵撤退；第三階段，再相對集中兵力，殲敵一路於運動之中。據此方針，作出具體部署；以第358旅並指揮獨立第2支隊，集結於王獅、普明之間地區待機；以獨立第3支隊集結於嵐縣以北之河口地區，準備打擊向嵐縣進攻之敵；以獨立第1旅進至臨縣、三交以東地區，相機打擊由大武向臨縣進犯之敵；以決死第2縱隊在離石、方山之間活動，以決死第4縱隊在汾（陽）離（石）公路沿線，襲敵據點，斷敵交通；以獨立第之旅與新軍暫編第1師集結於岢嵐、五寨以西地區，相機打擊由五寨向奇嵐進犯之敵。師特務團及新軍工衛旅活動於文水、交城西北地區，積極襲擊鉗制敵人，配合內線之反「掃蕩」。此外，還令駐河西宋家川之第359旅第718團，準備以一部兵力東渡，在軍（渡）離（石）公路沿線配合作戰。
戰役的第一階段從6月7日開始。當日下午，日軍獨立混成第9旅團1100餘人分之路向嵐縣進攻。8日，佔領該城。獨立第3支隊從10日至13日不斷襲擊嵐縣之敵，伏擊靜嵐公路日軍運輸隊。為打擊進佔嵐縣之敵，第120師令第358旅由白文鎮開赴嵐縣、靜樂以南地區。15日，第358旅到達東村附近。
12日，文水、交城、古交和靜樂等地日軍2500餘人，分9路向文水西北的雙龍鎮、對久鎮地區合擊，企圖殲滅第120師特務團和新軍工衛旅，該兩部及時跳出日軍合擊圈，使敵撲空。此時，第120師判斷北面之敵將由五寨進攻岢嵐，南面汾、離之敵北犯為主要進攻方向，靜、嵐之敵對南北西面將取策應動作，遂下達補充作戰指示：令第358旅將主力集結於東村東南地區待機；令獨立第3支隊鉗制嵐縣之敵；令獨立第1旅以第715團於三交以東地區打擊由大武出犯之敵，待敵向臨縣進攻時，再轉移至機動位置待機；令獨立第2旅主力和新軍暫編第1師在五寨、岢嵐間打擊由五寨向岢嵐進犯之敵，並將敵向保德方向吸引，以減輕對第358旅等部的壓力；令決死第2縱隊在敵大舉進犯臨縣、方山時，轉至大武、方山至三交的交通線上作戰，令決死第4縱隊以2個團於汾離公路線上切斷敵交通；令師特務團與新軍工衛旅在文水、交城西北地區堅持游擊戰。
16日，在東村附近活動的第358旅偵悉，由靜樂進攻對久鎮地區之日軍一部700餘人北返米峪鎮，似將繼續向靜樂撤退。米峪鎮附近地形較好，日軍增援較為困難。第358旅決心殲滅該敵於運動中。遂以第716團、獨立第4團和獨立第2支隊，於當口下午進至米峪鎮以北的大夫庄附近設伏。但米峪鎮之敵未動，第358旅遂以獨立第2支隊於大夫庄對婁煩方向警戒，主力立即向米峪鎮開進，並準備以預期遭遇戰消滅該敵於米峪鎮附近。17日7時，第358旅前梯隊第4團進至言家掌以東時，與由米峪鎮出動之敵遭遇。該團迅速搶佔有利地形，先敵展開攻擊。9時許，第716團加入戰鬥，經激戰，將日軍四面包圍。至17時，第358旅發起總攻，殲敵大部，殘敵竄入土窯內進行頑抗。18日，第120師得悉靜樂、古交等處日軍馳援米峪鎮，而南、北兩方面的日軍已全部出動，遂令第358旅迅速向赤堅嶺方向轉移，避開敵之合擊，待機殲敵。第358旅遂留第4團繼續圍殲殘敵，主力向赤堅嶺轉移，第4團戰至19日，將敵全殲，爾後迅速轉移。此役全殲日軍700餘人，第358旅傷亡445人。米峪鎮戰鬥是第120師回師晉西北後取得的第一個殲滅戰勝利。
日軍獨立混成第3旅團於16日由五寨、新屯堡出動，17日佔領岢嵐。
6月20日，日軍開始對晉西北抗日根據地進行全面「掃蕩」。第120師遂展開第二階段的反「掃蕩」作戰。
日軍獨立混成第16旅團由汾離公路一線向北，獨立混成第9旅團由嵐縣等地向西，向南，合擊臨縣、方山地區。柳林日軍1500餘人於18日開始北上，至20日先後佔領孟門、磧口；大武日軍2000餘人分兩路北上，一路經峪口於21日佔領方山，一路經三交於21日佔領臨縣及臨縣北之窯頭。自21日起，進佔磧口、臨縣之日軍對安家莊、清涼寺，梁家會等地的獨立第1旅進行連續合擊，但均撲空。日軍在遭到獨立第1旅部隊在三交，安家莊、穆家坪、王家裡等地的打擊後，繼續向黃河沿岸追擊，企圖壓迫獨立第1旅於其包圍圈內，予以殲滅。此時，獨立第1旅已轉至外線，日軍於24、25日分由窯頭、臨縣西進，佔領羅峪口、克虎寨等處，日軍獨立混成第9旅團占嵐縣後，兵分兩路，一路向西南，經普明直撲方山；一路先向西後向南，經大小坪頭、任家坡、花子村，22日佔窯頭，與獨立混成第16旅團北上部隊匯合。
米峪鎮日軍被殲後，靜樂、古交、交城3路日軍共1500餘人，於20日拂曉趕到米峪鎮附近，企圖報復。此時，第358旅主力已向赤堅嶺轉移。日軍又企圖與由方山北上、由普明南下的部隊一起合擊第358旅於赤堅嶺。第358旅由赤堅嶺經寨上、康寧鎮，衝破日軍的圍堵，於24日進至興縣西蔡家崖附近與師直日軍合擊臨縣、方山的同時，在北面，日軍獨立混成第3旅團由岢嵐向西北，駐蒙軍諫山、石丸支隊由偏關、三岔堡向西南台擊保德、河曲地區。奇嵐日軍於6月20日出動，第120師獨立第2旅和新軍暫編第1師為減輕日軍對第120師駐興縣的指揮機關的壓力，奉命節節抗擊，將日子誘向西北方向。24，該敵進佔保德。此時，偏關日軍己進至；日縣東北之沙坪村，三岔堡日軍已進至保德以東之沙泉鎮，奇嵐日軍後續部隊也趕至橋頭，對獨立第2旅構成了合擊態勢。獨立第2旅當即轉至日軍的側翼，集結於保德以東25公里之閣老店地區，3路日軍撲空後，三岔堡、岢嵐兩路日軍於27日返回原據點。
日軍對晉西北抗日根據地20餘日的「掃蕩」，雖佔據了數座空城和一些村鎮，但合圍殲滅晉西北八路軍主力的企圖未能得逞。日軍不甘心失敗而歸，遂在撤退前以獨立混成第9旅團為主，南、北日軍各一部，分4路合擊興縣地區。28日，臨縣窯頭日軍1500餘人分兩路北上，29日，嵐縣日軍約1200人西進，保德、奇嵐日軍30日會合於威康，然後南下，對駐興縣的第120師領導機關形成包圍態勢，為打破日軍企圖，第120師機關率第358旅由興縣及其以北地區轉移至興縣西南的曹家坡、張家圪台地區。30日，窯頭北上日軍與嵐縣西進日軍進佔興縣，再次撲空。
7月1日，第120師判斷反「掃蕩」已達末期，興縣日軍有可能向東撤退，決心集中第358旅，獨立第1旅及獨立第3、第