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。
1940年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）。
1940年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。
该旅以第3支队（辖第7、第8团、特务营）袭击头马营。
1940年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余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。
1940年9月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。
第三阶段（1940年10月6日至1941年1月24日）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，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。
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。
1940年10月19日，八路军总部下达了反“扫荡”作战计划，据此各地区军民展开了反“扫荡”作战。
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dú • lì 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”榆辽公路以南地区。
14日自洪水、蟠龙、西营一线东犯东田、左会地区。八路军第385、第386旅，决死第1纵队等部，在内线节节阻击进犯之敌，新10旅在外线作战。
15日上午新10旅2个团在和辽公路弓家沟伏击敌汽车运输队，毁敌汽车40多辆，歼灭押车日军100余人。
17日，“扫荡”之敌分途退去。
1940年10月20日，日军第36师及dú • lì 混成第4旅等部近万人，分由武安、辽县、武乡、潞城等地出发，“扫荡”清漳河东西地区，重点指向中共中央北方局、八路军总部机关及第129师师直、晋冀豫边区党政机关所在地的麻田、左会间地区及涉县、偏城一带。
日军进入合击地区后，连续数日实行“清剿”和烧杀。
26日，日军开始回撤，回撤的路上实行分区“扫荡”。根据地受到严重破坏和摧残。
1940年10月29日，“扫荡”黄烟洞之敌第36师一部500余人，辎重民夫400余人，经左会进到蟠龙以东的关家垴，准备返回武乡。
当日13时，八路军总部令第129师集中主力歼灭该敌。当日夜，第129师以第385、第386旅主力，新10旅及决死第1纵队各一部，将该敌包围于关家垴，拟于次日4时发起总攻。
被围之敌除紧急构筑工事外，趁夜暗袭占了关家垴西南的凤坑顶高地，以两处制高点，互为犄角，固守顽抗。
第129师按原定计划向关家垴之敌发起进攻，并分兵一部夺取凤垴顶。第129师部队迅速突破敌防御，将其压缩于狭小地区，展开白刃搏斗，激战持续到31日拂晓，敌大部被歼，仅剩60多人死守阵地。
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