為了配合淶靈、榆遼地區的作戰，第120師首長決定，組織部隊再次破襲同蒲路北段，要求第358旅破擊原平至寧武地段，獨一旅破擊忻縣至原平地段，特務團掩護後方聯絡。戰鬥中，前線各部隊統由第358旅指揮。
9月14日，第358旅從婁煩以西地區出發，向馬家溝集結。百團大戰開始以來，同蒲鐵路遭到八路軍襲擊後，日軍已經在鐵路兩側的一些重要據點集結兵力，設置多種障礙。這次破路，八路軍必須先掃清前進道路上日偽軍設置的障礙。
9月18日午夜，第358旅所轄第7、第8團、特務營官兵開始襲擊頭馬營。旅首長考慮到日軍可能增援，即以特務營向頭馬營據點發起攻擊，以第7、第8團在日軍可能增援的地域設伏。戰鬥發起後，寧化堡40多名日軍果然在19日黎明時向頭馬營增援，行至山寨村時，被八路軍第7、第8團包圍，將其全部殲滅。一場戰鬥，戰前謀劃周到，勝利就來得更快。
9月16日夜晚，獨立第一旅東渡汾河。18日，將剛進入上莊據點的400多名日軍包圍，13時發起攻擊，激戰至19日淩晨，旅主力撤出戰鬥，執行新的破襲任務。這次戰鬥，獨一旅斃傷日軍約200人，自己傷亡105人。
9月22日夜，第358旅第4團與師特務團一起，在同蒲鐵路段家嶺、軒崗之間進行破襲。
第2團襲擊奇村日偽軍據點。9月25日，第715團破壞了大牛店、軒崗之間的鐵路。
第120師官兵經過連續多天的破襲戰，有力地打擊了日寇，同蒲鐵路的交通再次中斷，使日軍蒙受重大損失。
1940年10月15日，日軍華北方麵軍向日本陸軍省報告戰況時，不得不承認，“石太線被破壞之廣泛及其規模之大，遠非其他地方可比。”
華北方麵軍在當時的《作戰記錄》中記載：“盤踞華北一帶的共軍，根據十八集團軍總司令朱德的部署，發動了所謂百團大戰，於昭和15年8月20日夜同時奇襲我交通線及生產基地（主要是礦山）。尤其在山西，其勢甚猛。襲擊石太路及同蒲路北段警備隊的同時，並炸毀和破壞鐵路、橋梁及通訊設施，使井陘煤礦等的設備，遭到徹底破壞。此次襲擊，完全出乎我軍意料之外，損失甚大，恢複建設需要相當長的時間與大量資金。”
百團大戰第二階段，攻堅戰多了，破襲戰比第一階段少了。淶靈、榆遼戰役，給日軍以重大打擊。由於攻堅作戰，參戰部隊的傷亡增加了。由於戰爭全局尚未發展到堅守重要城鎮的階段，八路軍攻淶源未克，及時轉移兵力進行破襲戰；隨著敵情變化，放棄一些已經被我攻克的日軍據點，轉而在運動中尋求戰機，在遊擊中殲滅日偽軍，這不僅使自己始終處於主動地位，使日軍始終處於被動挨打的境地，更重要的是在抗日戰爭的實踐中創新了戰役戰法，豐富了戰爭藝術的寶庫。
1940年10月2日，彭德懷、左權、羅瑞卿、陸定一致電“各兵團並報軍委總政”，肯定了戰役成果。電文指出：“百團大戰一二階段取得了偉大勝利，開辟了華北大規模進攻的新記錄，證明了敵人的交通線與據點不是牢不可破的，大大地削弱、沮喪與疲勞了敵人，興奮了全國，提高了我黨我軍地位，打擊了投降派，鞏固與開拓了根據地，鍛煉了黨政軍民，提高了部隊戰鬥力，保證了秋收秋耕，繳獲了許多軍需資材，對於百團大戰的勝利任何估計上的悲觀失望都是極端錯誤的。”
電文同時提出，“目前敵寇正集中力量進攻安南、雲南、重慶，這正是開展華北戰局的良機。我們的任務是再接再厲，擴大勝利，隻有這樣才能大量吸引敵人，真正做到破壞其進攻昆明、重慶、西安的戰略計劃，爭取時局的好轉。隻有這樣才能真正縮小敵占區，鞏固抗日根據地”。
4.反“掃蕩”鬥爭
華北地區的日軍遭到八路軍近兩個月的連續打擊以後，深深感到八路軍對其華北駐軍的威脅。為了穩定華北的局勢，維護其在華北的利益，從10月上旬開始陸續調集重兵，對華北各抗日根據地進行殘酷的“掃蕩”。