为了贯彻中共晋察冀边区第一次代表大会所确定的努力扩大和巩固根据地，以及加强党、军队与根据地建设的方针和任务，并配合正面战场国民党军作战，晋察冀军区决定向东、向北发展抗日根据地，威胁日军占领的平汉、平绥路交通线。1938年4月下旬至5月中旬，首先以一部兵力向平汉路北段出击，破坏铁路80余公里，使平汉路交通中断3日，并将根据地推进到铁路附近地区。5月下旬，第120师第359旅遵照八路军总部命令，由崞县地区挺进浑源、阳原等地，协同晋察冀军区第1军分区部队，执行向北扩展根据地的任务。6月上旬，该旅攻克应具东南之下社，进至浑源、灵丘、广灵、蔚县、淬源地区，先后恢复该地抗日政权，并以一部深入到桑于河以北地区，巩固了以浑源、广灵、灵丘、涞源为中心的察南抗日根据地。
为进一步牵制日军，配合友军保卫武汉，在“七七”抗战1周年之际，晋察冀军区部队和第359旅在八路军总部统一部署下，向平汉、平绥、正大等铁路线和附近城镇据点发起连续破击作战，一度攻克易县城，攻占定县车站及桃花堡、西合营、暖泉、北水泉等日伪军据点，袭人新乐、平山等县城，并击毁北平近郊后景山发电厂设备，袭击香山附近日伪军，先后共歼敌1400余人，破坏铁路50余公里。
八路军连续作战的胜利，使华北日军惊恐不安，更把处于华北敌后的晋察冀抗日根据地视为心腹大患。为消除后顾之忧，日军决定在南取广州、中攻武汉的同时，“北围五台”，决心分兵“进剿”，“犁庭扫穴”。遂于9月中旬集中日子第110、第26、第109师团和独立混成第2、第4旅团共5万亲人，准备由平汉路北段、平绥路东段、同蒲路北段和正大路沿线同时出动，以五台、阜平为主要目标，对晋察冀抗日根据地进行大规模的“围攻”。日军接受以往“围攻”失败的教训，改变长驱直入的战法，采取逐步推进，压缩包围圈，尔后分割“清剿”，各个击破的方针，妄图歼灭八路军主力和领率机关，摧毁晋察冀抗日根据地。
晋察冀军区和边区党委进行了反“围攻”作战的组织动员和具体准备。八路军总部决心以晋察冀军区部队和第120师主力，在民兵游击队的配合下，采取内线与外线，广泛的游击战与有利条件下的运动战相结合的方针，粉碎日军的“围攻”。晋察冀军区根据敌情和总部指示，决定在日军开始“围攻”处于锐势时，首先以小分队不断袭扰、消耗、疲惫日军，为主力歼敌创造有利战机，主力则隐蔽集结于机动位置，伺机歼灭或打击敌之一路；当日军兵力占优势，不可能阻止其进攻时，则以一部分主力和群众武装采取灵活的游击战与日军周旋，主力则转移到外线机动作战；在日军深入边区腹地，进行分割“清剿”或据守据点时，内线部队则继续袭扰日军，配合彻底的“空舍清野”，或采取围困战，逼退日军，外线部队则猛袭日军后方交通线和据点，迫其回防；在日军被迫撤退时，则集中兵力，抓住有利战机，追击，伏击和截击撤退之敌。
9月20日，日军由平汉、同蒲、平绥、正太等铁路线出动，向晋察冀边区四周各要点进犯。日军按照其既定的分进合击，逐步推进，压缩合围圈的方针，实行东西对进、南北夹击，企图歼灭晋察冀边区八路军主力和领率机关于五台、阜平之间地区。晋察冀边区八路军也按预定方针，以部分主力与广大民兵游击队相结合，采取阻击、伏击、袭击等手段，钳制、消耗、疲惫各路日军，主力则隐蔽于机动位置，伺机打击威胁最大的西线或东线日军。
在东线，由平汉路之定县、望都、保定等地出动的日军第110师团一部7000余人，于9月21日占领曲阳、唐县、完县等边沿城镇后，继续向早平发展进攻。晋察冀军区第3军分区部队分别在曲阳以东的赵邱和曲阳东北的刘家马、何家马阻击，毙伤日军300余人，迟滞了日军的行动。10月3日至4日，晋察冀军区以第1、第3军分区和冀中第3纵队独立旅各一部，在阜平以东之王快、方代口及东、西庄一带地区伏击，毙伤日军1300余人。6日上午，日军侵入阜平城。
在西线和南线，由同蒲路之代县、定襄等地出动之日军第109师团一部及由正太路之盂县、平山、井陉出动之日军独立混成第4旅团，分5路向五台、洪子店进攻，企图合击晋察冀边区党政军领导机关和主力部队。晋察冀军区第2、第4军分区部队分别在东冶、河边村及上社等地阻击。南线之日军北渡滹沱河，继续向柏兰镇发展进攻时，在牛道岭、石佛寺等地被歼400余人。日军不敢冒然突进，直到10月3日，在由代县出动的日军接应下，才进入五台县城。
在北线，由平绥路沿线之蔚县、广灵、浑源等地出动的日军第26师团及独立混成第2旅团各一部，于9月20日占领北口、九宫口、松子口等地，继续向涞源、灵丘等地发展进攻。八路军第120师第359旅和晋察冀军区第1军分区部队密切协同，在邵家庄、冯家庄、居吉沟等地阻击，并于26日夜袭直峪。经7昼夜激战，共毙伤日军800余人，有效地迟滞了日军的行动。直至10月1日，日军才进占涞源、灵丘县城。
日军在侵占五台、阜平、涞源、灵丘等城镇后，即加紧修筑工事，建立据点，企图采取先分割后“清剿”的手段，各个消灭八路军主力，摧毁晋察冀抗日根据地。
在晋察冀边区反“围攻”的关键时刻，毛泽东、朱德、彭德怀等于10月2日电示晋字冀军区：日军“此次围攻较前任何一次来得较有计划与持久性”，因此要“在党政军民中进行深入的政治动员，建立起持久抗战胜利信心”，“动员群众参战”，“实行清野空舍”；“根据敌人构筑据点，步步推进，紧缩边区，及敌人顽强与敌人不足的优缺点”，应“相当地集中主力于我有利的各种条件（敌人弱，地形有利）方面准备待机”；“以小部队与敌进行极不规则的小战，迟阻和疲惫敌人，以相当有力部队转入敌之后方交通线，打击敌之运输”；“如敌无弱可乘，不便我主力集中打击或消灭敌时，待敌人进至利害循环变换线，即将主力转至敌后方，仍以小部队分途逐渐引敌深入，使敌疲惫、疏忽、扑空，待敌转移方向或退却时，给敌以突然的袭击或追击。”同时，命令第129师“对正太路有计划地进行破坏，并相机以适当兵力越路北进，分途尾击敌人”；令第120师“积极地吸引原平、忻口，关城之敌，并相机越路东，尾击东进之敌”。
晋察冀军区遵照毛泽东、朱德的指示，于10月7日决定改变对敌斗争方式，以主力一部化整为零，以大队或营、连为单位，配合民兵游击队，以广泛的分散的游击战，不断袭扰敌人，攻击或围困日军薄弱据点，使其惶恐不安；而以主力深入敌之后方交通线上打击日军，断其交通补给，增加深入边区腹地日军的困难，使其难以立足。各部队根据军区的统一部署，对日军展开了灵活的斗争。
10月中旬，侵占五台之西线和南线日军共3000余人，在东线和北线日军配合下，分路向边区党政军领导机关所在地台怀、石咀、金刚库地区实行“清剿”。晋察冀军区遂以小部队与敌周旋，主力和领导机关则乘日军尚未形成严密的包围、迅速、隐蔽地南下，插至“清剿”之敌后方蛟潭庄地区隐蔽待机，从而使各路日军扑空。此后，东线和北线日军分别东撤、北返，南线日军也向盂县撤退。第2军分区部队追歼南撤日军，歼其一部。此时，西线日军龟缩于台怀地区，在八路军不断袭扰打击与断其补给的情况下，于13日向沙河撤退。与此同时，第4军分区一部在同下村伏击歼灭由灵寿出犯之日军一部，迫其退回原据点。其他各军分区部队和第359旅等部，则按军区部署积极打击日军，使其惊恐不安，难以立足。特别是晋西北、晋东南及冀中八路军向同蒲路北段、正太路沿线和平汉路北段频繁出击，迫使日军抽调参加“围攻”的兵力回防各主要交通线，从而有力地策应了晋察冀边区的反“围攻”作战。
侵入晋察冀边区的日军，在边区军民的不断打击下，退缩于阜平、五台、蔚县、涞源、广灵、盂县、温塘等城镇据点，陷入被动地位。晋察冀军区首长抓住有利战机，当即决定，除以一部兵力配合民兵游击队继续开展游击战，不断困扰日军，以一部兵力破袭日军后方交通线，断其补给、迫其撤迟外，集中主力相机歼灭困守据点或撤退之日军。
首先，集中力量打击进占阜平之日军。阜平地处晋察冀边区腹地，是八路军的重要后方基地。晋察冀军区首长决心集中第1、第3军分区主力和第359旅第717团收复阜平，打迟东线之敌。为此，以一部兵力并动员组织群众，于定县、曲阳至阜平的日军后方交通线上积极破坏道路和通讯线路，断敌交通补给。第1、第3军分区部队在曲阳至阜平的交通线上，先后对日军运输部队进行了19次袭击和伏击战斗。其中，10月20日于郑家庄伏击日军向阜平运送粮弹的辎重部队，缴获大车200余辆。同时，军区骑兵营袭击曲阳、定县间的高门屯日军后方粮站，缴获大量给养，断绝了阜平日军的后方补给。21日，日军为打通阜平至曲阳的交通线，分由两地出动约6000人的兵力，东西对进，企图夹击消灭活动于此交通线的晋察冀军区部队。晋察冀军区部队迅速转移，致使两地日军于当夜在韩家峪村遭遇，自相攻打，死伤甚众。在困守阜平之日军惊恐动摇之际，晋察冀军区即令第359旅第717团、第1军分区第3团于26日夜袭阜平县城。日军不明情况，在夜战中自相混战，死伤惨重。27日晨，日军在飞机掩护下，大量施放毒气，弃城东逃。晋察冀军区部队乘胜追击，并炸毁石高崖隘口，断其退路。日军遂改路撤向曲阳、定县。晋察冀军区部队收复阜平和曲阳以西地区。晋察冀军区即令第717团和第1军分区主力北返涞源、灵丘，打击北线日军。
侵入边区北部灵丘、涞源之日军，在边区军民的打击下也处于困境。10月26日，日军北线指挥官、独立混成第2旅团长常冈宽治由蔚县到广灵，准备前往灵丘督战。八路军第359旅获悉后，即以第719团于广灵以南之邵家庄设伏，打击可能由广灵出动护送常冈宽治之日军；以第718团于灵丘西北之黄台寺设伏，打击可能由灵丘出动接应之日军。28日8时许、常冈宽治率日军宪兵队、炮兵队200余人，乘汽车由广灵南下。当其进入第719团邵家庄伏击地域时，第719团突然发起攻击，经激战，歼其大部，击毙常冈宽治。与此同时，由灵丘出动接应之日军，乘12辆汽车北驶，进入第718团黄台寺伏击地域时，压发埋设于道路上的地雷。第718团乘地雷爆炸、日军混乱之际，发起冲击，击毁汽车5辆，歼其200余人，残余日军退回灵丘。此后，第359旅和第1军分区侦悉蔚县日军运输部队准备接济涞源日军，遂以第717团和第1军分区一部于蔚县、涞源间之明堡设伏，歼灭日军400余人，击毁汽车35辆。至此，北线日军龟缩于涞源、灵丘，广灵、蔚县等据点，不敢轻易进犯。
为增强晋察冀军区反“围攻”作战力量，遵照八路军总部的命令，第120师以第358旅主力于10月下旬东越同蒲路，进抵五台东南地区，准备在五台至河边村地区寻机歼敌。11月3日，该旅侦悉日军第109师团1个大队500余人由五台向高洪口地区进犯，判断该路日军孤军深入，扑空后必返回五台，即以第714、第716团等部于高洪口以西之滑石片地区设伏。当夜，待日军全部进入伏击地区时，突然发起攻击，将日军分割成数段，并连续打退日军的5次反扑。战至4日拂晓，日军除数十人逃窜外，其余被歼。4日上午、第358旅又追歼逃敌至五台城下。此战，第358旅共毙伤日军500余人，俘20余人，缴获步枪300余支、轻重机枪30余挺，山炮、小炮6门、电台1部及其他军用物资。
为打破日军“围攻”，晋察冀军区部队在南线积极破袭正太路，迫使日军撤退。10月中旬第4军分区以一部于正太路阳泉至井陉段积极展开破袭战，以一部不断袭击回舍、洪子店等地日军；第129师亦以主力一部向正太路沿线出击，迫使平山、盂县等地日军主力回防正太路。第4军分区部队乘机收复回舍、洪子店等地。
至11月7日，晋察冀边区反“围攻”作战基本结束。在历时48天的反“围攻”中，八路军部队共进行大小战斗136次，毙伤日军旅团长以下5200余人，缴获长短枪570余支、轻重机枪49挺、各种火炮10门及大量军用物资，粉碎了日军“围攻”晋察冀边区、消灭边区八路军主力和领率机关的企图，保卫了晋察冀抗日根据地，同时有力地策应了正面战场的武汉会战。