八路軍在轉移兵力過程中，又打了一係列勝仗。
9月2日，日軍集中第36、第37師團和獨立混成第4、第9旅團各一部兵力，共8000多人，向正太鐵路南側的安豐、馬坊地域的八路軍進攻。當時，第一二九師師指揮所離日軍來襲方向不遠，劉伯承師長冷靜地分析了敵情，迅速集中4個團的兵力抗擊日軍。這4個團的指戰員不負眾望，英勇地阻擊日軍，斃傷日軍200多人，掩護師領導機關安全轉移。
9月5日，日軍第36師團永野大隊600多名鬼子從太穀出發，向榆次北麵的雙峰鎮進犯。
劉伯承得知這一情報以後，命令第772、第25團從北向南進擊，第16、第38團由南向北進擊，兩路夾擊這股日軍。9月6日，第129師第386旅2個團，決死第1縱隊2個團，把駐榆次西北雙峰地區的日軍1個營包圍起來，經過激烈的戰鬥，7日拂曉，殲滅永野大隊長以下日軍400多人。
為了策應第129師的行動，晉察冀軍區集中4個團的兵力，主動向正太鐵路北側盂縣地區的日軍出擊。第二軍分區所屬第19團於9月5日晚趕到上社附近地域，與第二軍分區特務營配合作戰，截斷了從下社和上社據點出逃的日軍的道路。6日早晨，在興道村把這股日軍包圍起來。日軍負隅頑抗，經過近5個小時的激烈戰鬥，大部分日軍被殲滅，隻有80多名日軍逃到羅裏掌山。
誰知，八路軍第19、第5、第16團的部分指戰員早已在羅裏掌山設下了包圍圈，這80多名日軍逃出一個包圍圈，又陷入另一個包圍圈。
9月9日夜晚，霧越來越濃。八路軍指戰員向被圍日軍發起攻擊，殲滅日軍40多人。在大霧中，少數日軍突出包圍圈，逃進盂縣據點。
9月10日，八路軍總部命令各部隊結束第一階段作戰，部隊進行休整，準備再戰。
百團大戰勝利的消息傳到延安，毛澤東立即給彭德懷回電：“百團大戰真是令人興奮，像這樣的戰鬥是否還可組織一兩次”。
百團大戰第一階段，八路軍部署周密，準備充分，行動突然，各部隊猛烈破擊日軍占領的交通命脈，取得了重大勝利。正太鐵路井陘至壽陽之間的所有橋梁、隧道都被炸毀，拆除了路軌、枕木，破壞了通訊設備。淪陷區的人民群眾看到八路軍成功地破襲日軍的交通線，非常振奮，自發地組織起來，支援八路軍作戰。日軍一名參謀在日記中寫道：“正太路沿線各小據點，大半已被消滅。可以望見沿線製高點八路軍瞭望哨。多處枕木被燒毀，鐵軌被拆除，鐵路、橋梁大部遭到破壞或損壞。沿途村莊，居民或逃走，或被八路軍帶走，房屋皆空。”
劉伯承師長9月20日在榆次以南的宋家莊第129師前方指揮所作《百團大戰第一階段戰役總結》時，指出了這次戰役的六大意義，即：提高了全國軍民的抗戰信心；振奮了敵占區民眾，推動了瓦解敵偽軍的工作；團結了友軍，取得了威信；打擊了敵人的南進計劃；在國際上產生了積極的影響；鍛煉了軍民，積累了作戰經驗。
3.巧奪據點
9月16日，朱德總司令、彭德懷副總司令、左權參謀長聯名下達了戰役第二階段作戰命令。這項命令提出，第二階段作戰，基本目的是擴大戰果，基本方針是繼續破壞日軍的交通線，摧毀深入抗日根據地內的日偽軍據點。作戰部署和主要任務是：
第120師“以截斷同蒲北段交通之目的”，主要是集結主力破擊寧武至軒崗段同蒲路。
“晉察冀軍區以開展邊區西北方麵工作之目的”，主要是集結主力破襲淶靈公路，奪取沫源、靈丘兩座縣城，並以有力一部在同蒲路東側配合第120師作戰。
第129師“以收複榆次遼縣之目的，開展榆遼地區鬥爭”，以重點破擊榆次、遼縣（今左權）公路，並以有力一部破擊白晉鐵路北段。
冀中、冀南的部隊，要“打擊日寇修築滄石路、石德路、邯清路”，集中力量破壞各路段及前線路基。挺進軍應以有力部隊在平漢路北段、平綏路以及北平城郊積極活動。
八路軍總部要求，“第二階段之作戰統於本月20日開始戰鬥。”
根據八路軍總部的部署，戰役第二階段主要進行了淶靈戰役、榆遼戰役、破擊同蒲路作戰。那一段時間，華北戰場的戰鬥日夜不息，日本侵略軍的經濟網、封鎖網和交通線受到全麵打擊，日偽軍占有的煤礦、電廠、鐵路、橋梁、公路、車輛和電訊都遭到破壞，許多車輛被擊毀，軍事設施接連發生爆炸。
淶靈戰役，主要是攻打河北省的淶源與山西省的靈丘兩城為主的一係列戰鬥。