山東八路軍的秋季攻勢作戰，是結合粉碎敵人對濱海區的萬人大「掃蕩」進行的。敵人對山東八路軍的連續勝利，企圖進行報復性「掃蕩」，以打擊八路軍指揮機關，毀滅後方，控制沿海地區，破壞反攻準備。從8月15日開始，敵59師團合擊魯山地區，第5旅團合擊濱北地區，第1旅團合擊魯南地區。8月20日，這3股敵人突然一齊轉向濱海中心區。他們集結了日偽軍達1萬餘人，在日軍第59師團長細川中康統一指揮下分13路從臨沂、莒縣、日照、贛榆等地出動，企圖合擊山東軍區和濱海軍區指揮機關。
羅榮桓從情報部門獲得敵人的文件中了解到，這次敵人「掃蕩」，不但來勢兇猛，而且在戰役的組織上，也非常迅速、隱蔽。在這種形勢下，指揮員首先要考慮的是如何指揮機關部隊安全地跳出敵人的包圍圈，再伺機打擊敵人。
羅榮桓在作戰室里對參謀人員說：「這時的關鍵問題，在於擺脫我們的被動，爭取自己的主動。」可是向哪個方向轉移呢？當時的情況非常嚴重，莒縣、日照、臨沂、青口、海州敵人都已增兵和集結完畢；日照還增敵600餘向北行動，並揚言要向北「掃蕩」。
羅榮桓注視著地圖上標示的敵情說：「日照敵人北去是佯動，企圖迷惑我們，實際是隱蔽集結。」接著他舉起雙手，沿著地圖由北向南畫了兩個弧形，又說：「敵人主要由北、西、東合擊我們，臨沂方向的敵人則進行配合。」
說完當即果斷地決定，組織指揮機關包括這時正在參加軍事工作會議的人員迅速南下，迴旋于山東、江蘇兩省及邊界各縣的邊緣地帶。因為羅榮桓摸透了敵人的脾性，知道兩省的敵人建制不同，山東屬日偽華北地區，而江蘇則為華中日軍與汪精衛偽政權的轄區。兩區之敵難以密切協同配合，我軍有機可乘。這是羅榮桓在軍事上的又一次正確決策。
這時，駐濱海區的山東軍區與濱海軍區、魯中軍區之間，都已架設了長途電話。羅榮桓吩咐參謀人員通過電話向魯中、濱海軍區的領導互相通報了情況，並告訴他們，敵人進入我區後，遇上傾盆大雨，道路泥濘；加之進入我腹地後，又怕踩地雷，這就影響了敵人前進的速度。另外，敵人每路人馬均在千人左右，得不到補給，糧食都是從濟南、兗州等地捕捉大批民夫挑來的。因此，估計敵人「掃蕩」的時間不會持久，要各軍區沉著冷靜地對付敵人「掃蕩」。
為了慎重起見，羅榮桓又反覆叮囑情報處長鄺任農，要他繼續注意敵情。他說：「現在已經暴露的敵情好辦，問題是隱蔽的敵情不好辦，你要特別注意日照方面的敵情。」羅榮桓把各方面情況搞清楚和安排好以後，詢問了濱海軍區的部署和行動；接著又部署了膠東和渤海軍區乘敵集中兵力「掃蕩」濱海之際，尋殲薄弱的敵人，以策應濱海軍區反「掃蕩」，然後他才於8月21日晚10時率領機關從莒縣西南的窪子埠開始轉移。
日軍的這次大「掃蕩」，曾先後合擊濱海根據地中心地區的十字路、三界首、坪上（均在莒縣東南）、碑廓（日照西南）、黑林（贛榆西北）各要點，但都撲了空，便只好對濱海根據地實行「清剿」，破壞我後方建設，掠奪物資、牲畜和捕捉壯丁。
為了挫敗敵人的「清剿」，山東軍區主力兵團除在外線積極打擊敵人外，並適時派出一部分精幹部隊挺進內線，分別在莒縣、日照邊境地區、臨沭東部地區及日照、贛榆沿海地區，各以約1個團的兵力，在民兵配合下打擊敵人，保衛根據地。這樣，日軍在連續遭到打擊後，便於27日開始分路後撤。
山東軍區機關部隊跳出合圍圈，沒有受到什麼損失，但敵人卻搶走了大批的牲畜和糧食，僅牲口就被搶走3000頭以上。羅榮桓得到這一報告後，立即命令魯中、濱海、魯南軍區派出部隊打擊「掃蕩」撤退的敵人，截擊被搶走的物資和牲口。民兵也在沂河、沭河地區，加緊布置地雷戰。
與此同時，膠東、渤海、魯南軍區也各自在根據地對進犯的日偽軍發起攻勢。
膠東軍區在8月24日攻克牟平南部突入我軍的日偽軍據點水道，並向蓬萊、掖縣地區展開攻勢。又於8月31日收復了文登縣城，9月2日收復榮成縣城，光復國土2萬餘平方里。
渤海軍區自8月19日發起攻勢，繼攻克利津後，又收復樂陵、臨邑、南皮等縣城，解放沾化除縣城以外的全境。共殲敵偽軍5000餘人，光復國土45500平方里，解放同胞達400多萬，打通和擴大了各分區的聯繫。過去被敵嚴重封鎖、分割的地區，已變成了大片根據地。1943年是渤海區最艱苦的一年，時隔一年，沒想到形勢變化這麼快，真是令人鼓舞！
魯南軍區在這次秋季攻勢中，曾一度將滋（陽）臨（沂）路、臨（沂）棗（庄）路徹底破壞，斷敵運輸，嚴重地威脅了「掃蕩」濱海區的敵人，擴大了各分區的聯繫。他們在秋季攻勢中收復國土2萬平方里，解放人民140餘萬。