19日至20日，蔚县之敌1000余人在坦克的支援下猛攻广灵县城。115师独立团在给敌以严重的杀伤后主动撤离，转移至广灵东南山地，待机歼敌。占领广灵的日军于23日，以1000余人在20多辆坦克和装甲车及5架飞机的掩护下，沿公路南下向灵丘进犯。独立团依托冯家沟、南阁崖一线山地顽强抗击，打退敌人连续两天的猛攻。25日，115师决定以344旅一部增援独立团，向进犯之敌侧后实施机动，给敌人造成威胁，于是南犯之敌不得不向广灵撤退。独立团再次乘胜追击，于当日黄昏收复广灵县城，并歼敌一部，其余的敌人向蔚县逃窜。26日，独立团又相继攻克紫荆关及灵丘、蔚县二城。
在独立团频频出击的同时，115师的骑兵营等部队由山西东北进入河北西部。
18日夜里2时，骑兵营奔袭曲阳县城，歼灭大部守敌，残敌向定县、新乐逃窜。骑兵营收复曲阳县后，缴获大量给养，并于当日打退定县之敌的反扑。至10月29日，骑兵营等又连克平山、唐县、完县等县城，并伏击平汉铁路沿线的清风店车站，严重地威胁敌平汉铁路北段的交通。
第344旅也是连续出击。该旅奉命打击晋东北平型关、繁峙一线的日军。10月14日，该旅主力于平型关东北小寨村附近，截击由灵丘驶来的日军汽车运输队（有130余辆汽车），并打退该敌一个大队的连续反扑，激战到傍晚，共毙敌100余人，毁敌汽车数十辆，迫敌退回灵丘县城。随后，该旅连续收复平型关、团城口、沙河镇及繁峙、浑源县城。
在344旅、师独立旅等部队，于晋东北附近地区同日军作战的同时，115师师部及343旅正在南线打击沿正太路西犯之敌。
由于国民党军队未能在事先加强娘子关和九龙一线的防御，直到敌军逼近，才令第26、第27路军、第3军等部队进至娘子关一线组织仓卒防御，未能有效地阻止敌军的进攻。26日，放弃娘子关，向西南撤退。在晋东战局危急的情况下，八路军总部于10月28日，率115师师部及第343旅，由五台山地区南下进至寿阳以南地区，并指挥第129师和115师的主力，积极打击沿正太铁路及其南侧西犯之敌，以配合友军的作战。