10月29日，日軍進到武鄉縣蟠龍鎮以東的關家堖高地宿營，準備返回武鄉。第一二九師首長抓住戰機，以第三八五、第三八六旅，新編第十旅主力，決死第一縱隊兩個團，迅速出擊。
指戰員們早已摩拳擦掌，聽到劉伯承師長和鄧小平政委的一聲號令，像猛虎下山，在關家堖高地把日軍包圍起來。當晚，八路軍總部發出命令，要求堅決殲滅該部。八路軍指戰員連夜進行總攻前準備，決定於30日淩晨發起攻擊。
關家堖高地三麵都是斷崖，通向頂部的坡路很窄，是唯一的進攻道路。坡上那個小村子裏，原來住著10多戶人家，日軍開始“掃蕩”後，這些人家早就搬走了。
日軍遭到八路軍的圍困以後，為了擺脫被殲滅的命運，半夜裏突然以一個中隊的兵力襲擊關家堖西南麵的風堖頂高地，占據風堖頂高地。關家堖和風堖頂兩個製高點，互為掎角，日軍占據這兩個製高點後，立即構築工事，固守頑抗。
戰鬥發起前，第三八六旅旅長兼太嶽軍區司令員陳賡對彭德懷說：“彭老總，現在拚了，以後怎麼辦？可以把崗崎放下山去，另選有利地形，打他的伏擊嘛！”
彭德懷沒有接受陳賡的建議，他要求總部特務團參加攻堅戰。攻擊發起前數小時，左權參謀長召集八路軍總部特務團營以上幹部布置作戰任務，要求特務團提前發起進攻。左權布置完任務後說：
我們之所以要在淩晨3時前發起進攻，是因為日軍在我們的圍困下已經疲憊不堪。眼前這兩股日軍剛剛構築完工事，現在是最疲勞的時候。我們作戰就是要趁日軍失去警惕的時候去突然偷襲，這樣才有勝利的把握。
10月30日淩晨，第一二九師指戰員向被圍於關家堖的日軍發起攻擊，為了分散和孤立日軍，第一二九師以部分兵力攻打風堖頂。日軍在飛機的支援下，頑強抵抗。八路軍勇猛攻擊，突入敵陣，與日軍展開肉搏戰。
10月31日拂曉，八路軍殲滅日軍400多人，其餘60多名日軍逃到一個孤立突出的台地上。這塊台地頂部開闊平坦，四邊峭岩壁立。日軍上台地後，挖了不少貓耳洞，死守陣地。
下午，1500多名日軍在十多架飛機的支援下，從黃煙洞方向趕來增援。第一二九師首長看到關家堖的日軍基本被殲滅，來援日軍的兵力也不少，難以將其全部殲滅。為了爭取主動，命令部隊迅速撤出戰鬥。
關家堖陣地上的60多名日軍在增援部隊的接應下，丟棄280多具屍體，狼狽地逃跑了。
數天後，彭德懷、左權等將領來到關家堖高地，仔細察看日軍的臨時工事，火力配置和簡易的暗堡掩體。劉伯承率領第一二九師部幹部來到關家堖陣地，就地總結攻堅作戰的經驗。
劉伯承仔細察看了日軍在台地四周挖的貓耳洞，認為貓耳洞是躲避槍彈、保存士兵的一種好辦法。劉伯承指著一個貓耳洞，招呼大家說：“你們都仔細看看，別小看這小小的招式，憑我們現有的武器還真難對付。這個辦法，我們也可以學習嘛！”
當時擔任八路軍總部特務團團長的歐致富在幾十年後回憶這場戰鬥時說：“彭老總堅持要打關家堖戰鬥，還有一個意圖：八路軍是堅持敵後抗戰的主力軍、正規軍，不但要會打遊擊，必要時，也得猛攻堅守，頑強拚殺，敢於啃硬骨頭。”
決死第一縱隊政治委員薄一波回憶說：“彭老總向我調決死隊兩個團參加戰鬥，我是很積極的，戰鬥中損失固然大，但這兩個團也打出來了，成為決死隊戰鬥力最強的兩個主力團。”
日軍遭到沉重打擊以後，餘部於11月14日撤退。
11月17日，日軍第三十七師團一部兵力、第四十一師團一個大隊，共7000多人，分別從沁縣、南關鎮和洪洞出發，分兩路合擊太嶽地區沁源和郭道鎮等地，進行瘋狂的“掃蕩”。
當時，第一二九師所屬第三八六旅第十六、第十七兩團，決死第一縱隊所屬第二十五團等部隊，正在太行地區執行任務，因此太嶽地區的力量比較弱。為了避開日軍鋒芒，抗擊日軍的“掃蕩”，太嶽軍區首長把部隊編成沁源東、沁源西兩個支隊，在遊擊隊和民兵的配合下，尋機打擊日軍。
11月23日，兩路日軍進入合擊地區，進行野蠻的燒、殺、搶，沁源縣遭到嚴重摧殘。全縣有1：10的群眾被害，被害人數達5000多人，被殺牲畜上萬頭，有近40000間房屋被燒毀。日軍的暴行激起了抗日軍民的極大憤慨。
太嶽軍區的指戰員看到日軍分頭“清剿”，兵力分散，千方百計抓住戰機，各個殲滅日軍。沁西支隊第四十二團官兵在官灘殲滅日軍100多人，第四十二、第五十九團的指戰員在胡漢坪、馬背一帶殲滅日軍160多人。至27日，抗日軍民殲滅日軍近300人。
12月5日，遭到不斷打擊的日軍被迫從太嶽區撤退。
北嶽根據地，晉察冀軍民迫退深入阜平之日偽軍。
10月13日，10000多日偽軍分成10路，對北平以西的抗日根據地進行“掃蕩”。當時，北平是日軍華北方麵軍司令部駐地，也是華北偽政權駐地，日軍認為，平西根據地抗日力量的發展，威脅到華北方麵軍司令部駐地，也威脅到平漢、平綏交通線。因此，日軍把平西根據地作為“掃蕩”晉察冀抗日根據地的第一個目標。
八路軍首長認為，向平西、太行根據地進攻的日偽軍，很可能轉而進攻北嶽地區，晉察冀邊區的軍民應立即做好反“掃蕩”準備。