1937年11月8日，日军在金山卫登陆，淞沪守军纷纷后撤。同日，太原失守，华北正面战场的形势也急转直下。在此危急时刻，毛泽东在延安党的活动分子会上作报告指出"共产党和八路军决心坚持华北的游击战争，用以捍卫全国，钳制日寇向中原和西北的进攻"①。为部署坚持华北敌后抗战，在太原失守的前一天，中共中央军委主席毛泽东即宣布成立晋察冀军区。晋察冀为中共建立最早的敌后抗日根据地。远在9月25日，林彪、聂荣臻指挥一一五师取得平型关伏击板垣师团辎重部队一部的胜利后，即将部队展开略地，相继收复敌占河北、山西、察哈尔三省边联地区十余县城，遭受日寇惨杀和败兵抢掠之苦的各阶层人民，看见纪律严明、秋毫无犯的工农红军无不欢欣鼓舞。很快即在中共地下党领导下建立起工、农、青、妇抗日救亡团体和支援战争的政权组织"战地动员委员会"。10月下旬，为支援国民党军队保卫娘子关，朱德、彭德怀率一一五师和一二九师主力去晋东南；为坚持晋察冀边区这一战略支撑点，遂命令一一五师副师长聂荣臻率杨成武独立团和刘云彪骑兵营，总部特务团两个连，六八五团一个连及随营学校以及师部的部分领导干部共计三千人，留在晋察冀边区。由于群众抗日热情很高，很快以三千老红军为骨干，扩大为近两万人的一支抗日武装力量。为便于坚持敌后抗战，在太原失守后，聂荣臻根据中共中央军委指示，除将独立团扩编为八路军第一独立师，由杨成武任师长，邓华任政治委员，作为军区的机动部队外，复以老红军为骨干混编新扩大的部队，成立四个军分区，第一军分区由杨成武兼司令员，邓华兼政治委员，辖雁北、察南、平西、平汉路保定至北平段冀西地区；第二军分区由赵尔陆任司令员兼政治委员，辖晋东北和太原以北晋北地区；第三军分区由陈漫远任司令员，王平任政治委员，辖平汉路保定至新乐以西及路东部分地区；第四军分区由周建屏任司令员，刘道生任政治委员，辖平汉路新乐至石家庄以西和正太路石家庄至寿阳以北地区。每分区成立起三个相当于团的大队，再加上各县均成立起县大队、区中队等地方游击队，四出游击，摧毁伪政权，很快即控制起晋察冀三省接合部二十余县大片国土，摆开了面向敌后大城市北平、太原、张家口等进军的阵势。
太原失守后，国民党华北战场如同雪崩，前线各军夜以继日向南溃逃，为稳定华北抗战局势，中共驻第二战区代表中共中央军委副主席周恩来，于11月11日在临汾召集八路军在山西前线的将领朱德、彭德怀、任弼时、杨尚昆、林彪、刘伯承、徐向前、邓小平、张浩及中共中央北方局负责干部胡服（刘少奇）、彭真、朱瑞、彭雪枫等开军事会议，研讨坚持山西抗战问题。13日周恩来在临汾发电报给毛泽东、张闻天、朱德、彭德怀、任弼时等，除科学地分析了太原、上海失守后我国抗战面临的紧迫局势外，并对八路军在山西联合抗战坚决的友军坚持山西抗战，和放手扩大红军提出具体意见①。毛泽东于13日由延安电周恩来、朱德、彭德怀、任弼时、刘少奇、杨尚昆等，指出"正规战争结束，剩下的只是红军为主的游击战争了"。并将在晋八路军各部作如下部署：
林彪师徐海东旅速到吴城镇地区，准备与贺龙师之贺炳炎、廖汉生支队配合作战，打几个小胜仗。
总部、林师师部、陈光旅速到汾西、隰县地区准备打几个小胜仗。刘伯承师应以师部及陈赓旅位于太行山脉地区，多打几个小胜仗；
刘师之另一团应交总部或林师指挥，位于介休、灵石以东汾河东岸，与西岸之陈旅配合夹击沿汾河南下之敌，多打几个小胜仗。
根据毛泽东的指示，会后周恩来、朱德等即调整部署，命令各部积极作战，阻击敌人沿同蒲路继续南下。
傅作义为国民党军北伐战争时期坚守涿县三个月之久的晋军名将，各方均殷切希望傅能坚守太原数周，以便利忻口和娘子关退下来的部队在太原外围组织防线，保卫华北重要战略支撑点太原。未料想增援来的中央军裴昌会师未能在太原北阳曲湾一带既设国防工事占领阵地；从娘子关退下来的孙连仲部久战疲甚，又过早地退往汾河西岸；忻口撤下来的卫立煌军在太原外围未能占领阵地，致陷傅作义部孤军守城与敌军混战三四日即被敌军突入城内。
太原失守，二战区东、北两路撤下来的各军，已陷入极混乱状态。幸有周恩来、朱德指挥八路军各部积极对日军侧背袭扰，又加上铁路干线均遭破坏，迟滞了敌人的前进，使卫立煌得以指挥各军在平遥、文水、汾阳迄离石军渡建立起一道防线，便利阎和卫收容溃散的各军进行整编，继续对日军作战。1938年2月初，阎、卫曾组织各军反攻太原，很快被日军击败。旋划分六个防区固守。2月下旬程潜第一战区各军尽失豫北各城，日军土肥原、下元熊弥两师团分由垣曲、东阳关攻入晋境，阎锡山、卫立煌以腹背受敌，遂放弃临汾。阎率部退至晋西南吉县地区，后被敌骑追击，其长官部过黄河，设在宜川秋林；卫则率中央各部撤退至晋南中条山区屏障中原，傅作义则率部回绥远，驻守五原地区。另外在八路军控制的晋西北、晋东南，驻有赵承绶、孙楚等部。但阎部以后基本上再未对日军作激烈的战斗。
侵入山西的日军由于同蒲、正太两铁路线屡遭破坏，部队行动经常遭到八路军的侧击，而且由于八路军已收复铁路交通线以外各县，使其难以建立汉奸政权。为消除其后方的威胁，遂于1937年冬起连续对八路军建立的根据地发动围攻，妄图将新建的抗日根据地扼杀于摇篮中。
11月24日，日军华北方面军司令官寺内寿一，为保护其后方和铁路运转线的安全，调集两万多兵力，分别从平汉、平绥、正太、同蒲等铁路沿线，分八路开始了对晋察冀边区的围攻。当时军区和分区指挥机关建立仅半个月，除老红军部队外，新组建的部队还未有作战经验，在此紧迫时期，聂荣臻和参谋人员冷静地分析了敌情。认为敌人这次围攻的目的，是压迫八路军向深山退缩，以消除对其铁路交通线的威胁，但其兵力有限，地形生疏，不敢贸然深入根据地腹心地区。据此，确定这次反围攻的作战指导方针为：命令各军分区将有作战经验的团队部署在机动位置上，依靠大量新组建的游击武装与敌人旋磨转圈，俟敌人兵疲力竭，再出动主力部队对敌人进行反击。各军分区根据军区的电报，对参加反围攻部队进行了部署。11月24日后，寺内寿一拼凑的日军纷纷出动。平绥路出动的后宫淳第二十六师团一部分别向广灵和蔚县地区进攻，遭到当地游击队不断袭扰后，复遭王震三五九旅和杨成武独立师一部的进攻，被迫缩回城内固守；驻平汉线北段的山下奉文中国驻屯军混成旅团一部分别从易县、保定向涞源进攻，在大小龙华遭杨成武独立第一师袭击，仓皇缩回易县城内；驻同蒲北段的山冈重厚第一○九师团一部，刚离开铁路线即遭游击队袭击，赵尔陆部乘机袭占原平车站；驻正太路的川岸文三郎第二十师团分别从阳泉、井陉出动，亦屡遭周建屏、陈漫远两部伏击，大败而归。寺内指挥所部经过一个月作战，死伤千余人，除侵占蔚县、广灵、繁峙、定襄、盂县、平山、行唐几座空城外，未能将八路军赶出晋察冀边区。至12月21日，各路日军纷纷向铁路沿线撤退，围攻宣告失败。