日军占领太原、上海后，继续发展进攻。在华中，日军连续突破第三战区防线，直逼南京。在华北，沿津浦路南犯之日军，于1937年11月中旬进至黄河北岸，准备攻占济南；沿平汉路南侵之日军，于11月上旬突破第一战区漳河防线，进占大名和豫北重镇安阳；沿同蒲路南下之日军，于11月中旬进占太谷、平遥；而沿平绥路西进之日军，早于10月中旬即占领归绥、包头。至此，国民党军已退出冀、察全境和晋、绥大部及山东北部地区，日本为加强侵华战争的统一战略指导，于11月17日成立最高统帅部——大本营，同时设立大本营与政府首脑的联席会议，11月24日，日军人本营召开第一次御前会议，听取和批准了日军参谋总部对华作战计划，确定：在华北，首先对残存于占领地区的中国军队实行“扫荡”，力求安定占领地区，并准备抽调兵力，夺取山东全境；在华中，扩大淞沪地区的战果，不失时机地向南京进攻。据此，日华北方面军决定以第2军第10师团并准备抽调第5师团夺取山东全境；以第1军主力在关东军察哈尔派遣兵团的协同下，对活动于晋察冀边区，晋西北和晋东南严重威胁其后方和交通线安全的八路军进行大规模围攻，企图消灭或驱逐八路军，确保其后方特别是平汉、同蒲，平绥、正太等主要铁路交通线的安全。
针对上述形势，毛泽东于太原失守后的第2天，11月9日，在给八路军的指示中即指出：在华北正规战争业已结束，游击战争转入主要地位的形势下，日军不久即将以主力向八路军所在的晋西北、晋东北、晋东南、晋西南各要点进攻，八路军在上述地区活动之部队，应控制一部，执行袭击敌人的任务，大部分散于各要点，组织群众武装，在统一战线基本原则下，放手发动群众，废除苛捐杂税，实行减租减息，收编溃军，购买枪支，筹办粮响，实行自给，扩大部队，打击汉好，发展左翼，进一步发挥独立自主精神，期于1个月内取得显著成效，以便准备充分力量对付日军向我内线的进攻。
12日，毛泽东在《上海太原失陷以后抗日战争的形势和任务》的报告中进一步指出：“在华北，以国民党为主体的正规战争已经结束，以共产党为主体的游击战争进入主要地位，在江浙，国民党的防线已被击破，日寇正向南京和长江流域进攻。国民党的片面抗战已表现不能持久”。因此，争取实现全面抗战是“一切中国人民的共同的迫切的任务”。
13日，毛泽东在给中共中央北方局和八路军总部负责人的电报中明确指出，八路军当前的任务是：“发挥进一步的独立自主原则，坚持华北游击战争，同日寇力争山西全省的大多数乡村，使之化为游击根据地，发动民众，收编渍军，扩大自己，自给自足，不靠别人，多打小胜仗，兴奋士气，用以影响全国”，促进全面抗战的实现，中共中央北方局和八路军总部根据中共中央、毛泽东的指示确定，当前的中心任务，应以山西为主要阵地支撑华北抗战，独立自主地开展游击战争，创建根据地。并决定第115师除以一部创建晋察冀边区抗日根据地外，师部率第343旅刨建以吕梁山脉为依托的晋西南抗日根据地；第120师继续创建以管涔山脉为依托的晋西北抗日根据地；第129师和第115师第344旅由正太路南下，依托太行、太岳山脉，创建晋冀豫边抗日根据地。
晋察冀边区地处恒山、五台山和燕山山脉的连接地带，是威胁日军占领的平绥、同蒲、正太、平汉路及平、津等大城市和坚持华北抗战的重要战略支点。
1937年10月下旬，八路军总部决定由第115师副师长聂荣臻（11月2日任政治委员）率独立团、骑兵营、教导队及总部特务团一部，共约3000人，以五台为中心，分向四面发展，开辟晋、察、冀3省交界地区敌后抗日根据地。该部乘日军集中力量南进，后方较为空虚之际，大刀阔斧地以战斗部队和地方工作队，向察南，冀西、五台和定襄、平山和盂县4个地区展开，打击日军驻守分队，摧毁伪组织，发动群众，扩大抗日武装，建立抗日民主政权，初步形成了以五台为中心的晋察冀边区抗日根据地。11月7日，遵照中共中央军委命令，成立晋察冀军区。下辖4个军分区，主力部队发展到7000余人。
晋察冀抗日根据地的初步形成和游击战争的蓬勃展开，对四周日军占领的铁路线和北平、石家庄、太原等中心城市构成严重的威胁。日军为消除后顾之忧，于11月下旬调集第5、第14、第109师团及关东军察哈尔派遣兵团各一部，共2万余人、由平绥、平汉、同蒲、正太路沿线，分8路向晋察冀抗日根据地进行首次大规模“围攻”，企图消灭或驱逐该地的八路军，摧毁刚创建的抗日根据地。
晋察冀军区首长判断，日军此次“围攻”的目的，“是想压迫我们向深山退缩，以保证其交通线的安全，但是，它的兵力不足，地形生疏，又不敢贸然深入我们的腹心地区”。据此，确定反“围攻”作战的部署是：以部分老部队为骨干，带领新组建的游击队，在人民群众配合下，广泛开展游击战争，不断袭扰、消耗、疲惫进入根据地之敌；以部分游击队日夜袭击敌后方据点和交通线，以第1军分区主力于广（灵）、灵（丘）、涞（源）之间，第2军分区主力于五台地区，第4军分区主力于上社镇、洪子店地区，第3军分区主力于阜平地区隐蔽集结，待机歼敌。11月24日起，各路日军开始向晋察冀边区抗日根据地进犯。边区军民密切配合，奋力反击入侵之敌。
在北线，日军首先从关东军察哈尔派遣兵团及华北方面军第14师团各抽调一部，分4路向晋察冀军区第1军分区发起围攻。其中，关东军察哈尔派遣兵团部队分为三路：一路1500余人于11月24日由涿鹿、怀来出动，经桃花堡向蔚县进犯；一路1900余人于26日由天镇、阳原出动，与由怀来出动之日军钳击蔚县；一路1400余人由应县出动，于27日分向浑源、广灵进犯。与此同时，华北方面军第14师团之第15联队300余人为一路，由保定、易县出动，在飞机掩护下向涞源进犯。第1军分区部队主力一部，配合民兵、游击队，采取各种战法，巧妙、灵活地袭击日军，迟滞其进攻；主力则隐蔽行踪，寻机歼敌。11月27日，由应县出动之日军在占领浑源后，继续向广灵进犯。第1军分区以主力于浑源、广灵间之乱岭关的道路两侧高地设伏，歼灭日军200余人。该路日军占领广灵县城后未敢冒进。12月2日，由易县西犯之日军进占大龙华。该敌沿途不断遭到袭扰，十分疲意，疏于戒备。第1军分区即以主力一部于当夜袭击大龙华，激战通宵，歼灭日军200余人。日军残部退回易县。由保定西犯之日军为晋察冀军区骑兵营阻止于满城附近。12月5日，向蔚县进犯之日军在占领蔚县后分向广灵、涞源进犯。第1军分区以主力一部占领蔚县南之北口村，以截击歼灭日军200余人，迫敌退守蔚县。
在反“围攻”作战的关键时刻，毛泽东于12月5日致电八路军总部指出，晋察冀边区反围攻作战应避免正面抵抗，袭击敌之后尾部队；在敌之远近后方活动，使敌处于我包围之中；在确实有利条件下，集结适当力量给敌以部分歼灭和有力打击；同时要求第120、第129师在同蒲、正太路上积极活动，予以有力的配合。
自12月中旬起，南线日军分4路对晋察冀边区的南部地区开始“围攻”，其中，日军第14师团一部1700余人为一路，于12月13日自新乐、定县出动，分向曲阳、行唐进犯。第3军分区主力一部在曲阳以东之高门屯地区予日军痛击，迫其退回定县、行唐。日军第109师团及关东军察哈尔派遣兵团各一部共1500余人为一路，由代县、原平、忻口向繁峙、定襄进犯。第2军分区部队乘日军后方空虚之际，夜袭原平镇，歼灭日军100余人。日军残部分向代县、忻门逃去，进占繁峙日军被迫回援。日军第5师团第21旅团2000余人，第109师团一部1600余人，各为一路，于12月15日由石家庄、获鹿、井陉及平定、寿阳等地出动，分向平山、盂县等地进犯。第4军分区军民密切配合，予日军以连续打击，使其疲惫不堪。晋察冀军区首长及时抓住这一有利战机，令第115师第344旅由五台西南之东冶镇进至平山以西之洪子店地区，协同第4军分区伺机打击进犯平山之日军。15日，第344旅以第687团一部于平山、井陉间之小寨地区设伏，歼灭日军第5师团第21旅团100余人。第4军分区主力则于清城镇袭击向盂县进攻之日军，歼灭日军第109师团200余人。21日，日军第5师团第21旅团分由平山、井陉向温塘合围。第344旅主力与第4军分区一部，于温塘地区占领有利地形，伏击该敌，经数小时激战，歼灭日军400余人。
为配合晋察冀军区部队的反“围攻”作战，八路军第20、第129师各一部，分别于同蒲路北段和正太路沿线展开破袭战，调动围攻晋察冀边区的日军回援。至12月21日，围攻晋察冀边区的日军、除以一部兵力占据蔚县、广灵、浑源、定襄、盂县、平山和行唐等县城外，大部退回铁路沿线。至此、反“围攻”作战胜利结束。
这次反“围攻”作战，是在根据地建立不久，主力部队少，群众抗日武装缺乏战斗经验等不利条件下进行的。晋察冀军区部队坚决执行独立自主的山地游击战的战略方针，充分动员、组织群众，采取军民结合，主力部队与群众武装相结合，实行坚壁清野和封锁消息，以部分老部队带领新部队和群众武装，开展游击战。主力则避免正面抵抗、隐蔽集结于机动位置，抓住有利战机，歼敌一路。在友邻第120、第129师的积极配合下，粉碎了日军的首次大“围攻”，共歼灭日军2000余人，使初创的晋察冀边区抗日根据地经受了考验和锻炼。