28日中午，日伪军3000余人搭乘汽车，在坦克20辆、飞机4架的掩护下，进抵涞源城。
在这种情况下，右翼队已难开展有利的攻势，晋察冀军区乃决心转移攻势于灵丘地区，第一步扫除灵丘、浑源间敌据点，第二步夺取大营东南至神堂堡一线及大营、沙河以北山地内敌据点。10月2日，晋察冀军区命令右翼队主力集结涞源以东及东南地区整理，一部监视钳制涞源之敌，另以第1、第2团归左翼队指挥，加入左翼队作战。
10月8日夜，第1团第1营乘南坡头日军一部出动袭击第2团之机，向南坡头发起进攻，一举袭入敌阵，歼敌大部，残敌逃窜。同时，第6团第1营攻克抢风岭，青磁窑日军望风而逃，9日夜，第6团第3营又攻击了金峰店。此外，向灵丘、广灵间出击的第26团8日夜曾一度攻入黄台寺。
10月9日，晋察冀军区发觉第1军分区《抗敌报》第35期9月22日社论无意中将百团大战第二阶段企图泄露。这时，灵丘方面，浑源、广灵日军1300余人南援，开始反扑。涞源、易县、保定、望都、定县、完县、唐县、曲阳、五台等地，日军正集结兵力，准备粮弹。根据以上情况，军区判断日军可能趁军区主力远在灵丘、浑源、广灵地区作战，大举“扫荡”根据地，遂于10日命令左翼队放弃第二步计划，立即结束涞灵战役，第1、第2团归还第1、第3军分区原建制，第6、第26团主力集结适当地区休整，准备反“扫荡”作战。
涞灵战役持续18天，共毙伤日伪军1000余人，俘日军49人、伪军237人，八路军伤亡1419人。
为策应涞灵战役，冀中军区在破袭沧石、德石、北宁、津浦铁路的同时，于10月1日至20日进行了任（丘）河（间）大（城）肃（宁）战役。百团大战发起后，冀中日军一部西援，大部被束缚在重要交通线上，冀中内地守备较弱。任何大肃地区，自1940年春日军大“扫荡”后，很多村庄建立了伪组织，日伪统治机构大体形成，日伪感到这一地区不足为虑，因而产生麻痹心理，警戒相对疏忽。
冀中军区决定以第18、第23、第30团等部计10个营，共8500余人，编为左翼队、中央队、右翼队进入这个地区作战。计划首先以两翼部队钳制敌人，吸引敌人于任河大肃中心区以外，尔后以中央队突入中心区，打开局面。
10月1日战役开始。左翼队（第18团）进入潴龙河以东，河间、任丘以西地区，2日至6日，连续攻克连家庄、东固贤、良村。在进攻部队的威慑下，7日夜，玉皇庙、丰乐堡、刘善寺各据点敌人，望风逃窜。右翼队（第30团）4个营进入大城以东、子牙河以东地区活动，至7日，连克李民居、邓庄子、石疙疽、西刘庄、臧庄子、陈村等据点，并大举破路挖沟。中央队（第23团）2个营北渡滹沱河，10月1日，伏击由商家林出动抢粮的日军100余人，歼敌90余人，缴获全部武器。9日，在白马堂伏击由留各庄到里坦之敌，全歼日伪20人。
10月15至20日，进行以子牙河东西两岸为重点的第二期作战，在任河大肃中心区，只留小部队坚持。中央队19日夜攻克半截河据点，破坏其附近的古洋河上的桥梁。右翼队面临敌情严重，无力采取大的行动。左翼队16日夜克大曲堤、任丘石门桥，18日又克王盘敌据点。
任何大肃战役，毙伤日军805人、伪军322人、俘日军3人、伪军326人，攻克据点29个，冀中军区部队伤亡573人。此役钳制了敌人的兵力，有力地配合了涞灵战役。
2、榆辽战役
由阳泉经平定、和顺、辽县到榆社的公路，是日军突入太行根据地最深的一条公路。日军企图将该路向西南延伸，经武乡与白晋铁路相连，以达到分割大行区，灵活调动正太、白晋两线兵力的目的。其中榆辽段长45公里，沿线有榆社、沿壁、王景、管头、铺上、小岭底、石匣、辽县等8个据点，由日军独立混成第4旅第13营守备。
9月22日，八路军第129师下达榆辽战役基本命令，决定以突然袭击手段消灭榆社至小岭底之敌，收复据点摧毁公路，并乘势向辽县进展，相机收复辽县。
作战部署是：
以第385旅（附第32团）为右翼队，主力攻取管头、铺上、小岭底等敌据点，一部扼守辽县以西狼牙山，阻击辽县可能西援之敌；
以第386旅、决死第1纵队各2个团为左翼队，攻取榆社、沿壁、三景等据点；以新编第10旅为平辽支队，破击平辽公路和顺南北段，截击南援之敌；
以太岳军区第17、第57团组成沁北支队，破击白晋路沁县至分水岭段，钳制敌人由白晋铁路抽调兵力增援榆辽地区。
23日夜，攻坚作战开始。24日，左翼队攻克沿壁、王景，右翼队攻克铺上、小岭底。至25日，榆社具城也被攻克，小岭底至榆社一线只剩管头据点之敌仍在顽抗。同时，平辽支队积极活动，攻占辽县以北寒王镇；沁北支队积极破路，频繁出击，使武乡、白晋路日军受到钳制。
26日，第129师令右翼队以一部继续围攻管头之敌，主力和左翼队东移，乘胜收复辽县并消灭可能援辽之敌。
27日拂晓，右翼队进攻辽县以西石匣，当夜将其占领。左翼队28日进抵马厩附近，准备当晚进攻辽县。这时，和顺、武乡日军分别向辽县、管头增援。八路军总部命令停止进攻辽县，以一部钳制和顺南下之敌，主力转移至红崖头、关帝垴地区，准备歼灭武乡东援之敌。第129师遵令转移兵力，同时猛攻管头，在29日24时将其攻克。30日9时左右，左翼队赶到红崖头以南山地，右翼队尚未到达预伏地区。此时，武乡日军600余人正越过预伏地区，其先头与右翼队遭遇。左翼队当机立断，迅速向日军的后尾、侧翼同时展开攻击，日军四面受围，在飞机8架掩护下，占领高地顽抗。激烈的战斗持续了两天一夜，双方伤亡惨重。到10月1日黄昏，辽县西援日军500余人突破右翼队阻击，逼近左翼队指挥所附近，左翼队奉命撤出战斗。同日，八路军总部鉴于辽县、武乡日军会合，阳泉南援日军1000余人已抵辽县以北的寒王镇，第129师相当疲劳，伤亡较大，判断增援辽、榆地区的日军可能趁势“扫荡”太北地区，乃决定结束榆辽战役。
3、第120师破击同蒲铁路
9月12日，第120师下达了同蒲铁路北段行动计划，决心从9月20日开始破击同蒲铁路宁武、忻县段（重点在宁武、大牛店之间），作战部署是：
第358旅破击原平、宁武段，并准备袭击轩岗、良庄、东寨等据点；独1旅破击忻县、原平段，并准备袭占忻口、楼板寨等据点；独2旅破击宁武、朔县段；特务团位于宁化堡附近，掩护后方联络线；暂1师阻击岢岚、五寨增援之敌。前线各部统由第358旅指挥。
为防止铁路线再度遭受破击，此时，日军已在同蒲铁路两侧重要据点集结兵力，加强对铁路线的保护。因此，破击同蒲铁路的部队在进入破路作战之前，必须先扫清前进道路上的敌据点障碍。
9月14日，第358旅从根据地娄烦以西地区出发，北越静乐、岚县公路，16日到达马家沟集结。马家沟与同蒲路宁武、轩岗段之间，隔有头马营、东寨、宁化堡、分水岭、羊圈岭等日军据点。该旅以第3支队（辖第7、第8团、特务营）袭击头马营。9月18日24时。
第3支队以特务营向头马营发起攻击，以第7、第8团打援。战斗至翌日晨，宁化堡日军40余人增援头马营，行至山寨村被打援部队包围歼灭。20日，羊圈岭日军约200余人前出至里鄢村企图反扑。该旅第716团于当日14时向里鄢村之敌发起攻击，次日拂晓，该敌惟恐被歼，逃回羊圈岭。
独1旅于9月16日夜东渡汾河。18日得悉，羊圈岭日军400亲人袭击雁北支队扑空后返回上庄，乃决心围歼该敌。遂于18日13时向该敌发起攻击，激战至19日凌晨，旅主力撤出战斗执行破击任务，残敌向羊圈岭退去。
这次战斗，独1旅伤亡105人，毙伤日军约200人。
各部队击破阻扰之敌后，即投入对同蒲铁路的破击作战。
22日晚，第358旅第4团（附师属工兵连）、师特务团前出到段家岭、轩岗间破坏同蒲铁路数段。与此同时，第2团袭击奇村，第715团袭击忻口、楼板寨。23晚，第2团破坏忻口以南铁路，第715团破坏忻口以北铁路。25日夜，第715团再次破坏了大牛店、轩岗段铁路。独2旅也于朔县、宁武间破坏铁路数段。第120师经过6天的破击作战，使同蒲铁路交通再次中断。
（三）第三阶段（10月6日至翌年1月24日）
一个多月以来，日军在华北的广大地区连续遭到八路军两次大规模攻势的打击，损失惨重，受到震撼，深感八路军力量的可怕和对其威胁的严重。
为防止局势继续恶化，尽快稳住占领区，遂调集重兵，从10月6日起，先后对华北各抗日根据地进行疯狂的报复“扫荡”，企图趁八路军连续作战来不及休整之机，打击八路军主力，毁灭抗日根据地。
早在榆辽战役结束的10月1日，八路军总部在给各大区的指示中，就指出增援辽、榆之敌可能顺势“扫荡”太北地区，各部应有相应的准备。
10月19日，八路军总部下达了反“扫荡”作战计划，要求进行深入的战斗动员，部队集结于适当位置，坚决消灭一两路进犯之敌，并注意各区的策应配合。据此备地区军民以连续作战的精神展开了反“扫荡”作战。
1、晋东南反“扫荡”
日军第1集团军为打击第129师主力，毁灭抗日根据地，从10月6日至12月5日，先后“扫荡”晋东南的太行、太岳区。第129师来不及休整补充，即投入艰苦的反“扫荡”作战。
太行地区10月6日，冀西武安敌800余人，开始“扫荡”阳邑一带。11日，日军独立混成第4旅一部从辽县、武乡出发，第36师一部从潞城、襄垣出发，共3000余人，南北策应，“扫荡”榆、辽、武之间的浊漳河两岸地区，合围“清剿”榆辽公路以南，武乡、蟠龙以北地区后，14日自洪水、蟠龙、西营一