徐向前、邓小平一致同意刘伯承的意见。经三人商定，刘、徐率师主力东移，在武涉大道西戍一带寻机歼敌，邓小平次日回辽县城师后方指挥所，整顿各游击支队及地方武装党组织，准备对付敌人的进攻。
邓小平赶回辽县城后，在帮助督促各游击支队及地方武装建立健全党组织的同时，迅速布置和落实根据地反围攻的准备工作。派出政治工作干部协同县政府组织了反围攻总动员实施委员会，召集各抗日救亡团体举行联席会议，讨论和制定具体的反围攻计划。在许多村庄里召开了民众大会，宣讲反围攻的意义，树立胜利信心，戳穿日军“消灭八路，安抚百姓”的欺骗宣传，控诉日寇奸掳烧杀的残暴罪行。在此基础上，动员游击队、自卫队带领群众实行“空舍清野”和抗日戒严，赶走牲口，运走或掩埋好粮食、生活用具，掩埋水井，使敌人进入根据地后没吃没喝，无法立足。消灭混入根据地的敌探、汉奸，破坏道路，改造地形，提供情报，骚扰敌人，增加敌人行动的困难，配合主力兵团粉碎敌人的围攻。
从4月7日起，刘伯承、徐向前率部连续向东运动，10日凌晨到达偏店、鸡鸣铺地区。一路上，村庄几乎被日军烧光了，满目焦土瓦砾，有的还在冒着余烟；场院里散扔着鸡骨头和被割去臀部的猪、羊；村头树干上吊着一具具男尸，地下横躺着老人和小孩的尸体，还有被剥光了身子的女尸……刘伯承和指战员们莫不义愤填膺。刘伯承指示部队掩埋好老百姓的尸体，帮助群众修补窑洞和房舍，尽可能给予粮食和生活用品的救济。
刘伯承和徐向前利用这些活教材，对部队进行紧急动员，讲明反围攻的形势和任务，号召指战员化悲愤为力量，坚决打破敌人的围攻，以实际行动保卫根据地，为老百姓报仇。他们还指示师政治部编印了“临时紧急教材”和“日军厌战材料”，发到连队。“日军厌战材料”大部分是翻译的日军士兵的信件。日军士兵在信中告诉家人：八路军“利用天险施行游击战，实在难战之极，同时又善于宣传，甚至村民也反抗我们，所以在这里非时刻留神不可”。他们还哀叹交通和给养上的困难，说从国内寄来的贺年片，在长治“快到4月了才收到”；农村里找不到粮食，“常常饿着肚子行军”，3月14日日本陆军纪念节“只吃到了小米饭和豆瓣酱汤”。第一〇八师团第一〇四旅团旅团长苦米地3月26日的家信中也自称“食粟吞泥”。因此，士兵感到“好不被乡情所恼”，早晨一起来就是说“凯旋的话和女人的话”，晚上一睡觉就是做“樱花的梦”。这些材料使指战员们认识了日军外强中干的虚弱本质，更增强了战斗胜利的信心。各部队先后举行了粉碎敌人围攻的誓师大会，并普遍开展了“看谁最能够执行命令、坚决勇敢、节省子弹、多抓俘虏、多缴枪炮、严守战场纪律”的竞赛。
刘伯承在偏店、鸡鸣铺地区设好伏兵，打算在邯长大道上再给日军后方补给线一次打击，以打破日军的围攻。日军在邯长大道上连遭挫折，变得小心谨慎起来，一连几天没有派较大部队通过。
这时候，南面由长治出犯的一路日军，分由襄垣、下良进占西营，由屯留、虒亭进占沁县。北面由阳泉出犯的一路日军，分由平定经昔阳到和顺，由昔阳经皋落抵芹泉，深入到根据地腹心。其余各路，被预置于内线的八路军部队和国民党友军阻击和迟滞住了，没有能够实现敌人九路合围的计划。
东面两路日军，被第一二九师一部和国民党骑兵第四师阻止在麻田。南面另两路日军，被第一一五师第三四三旅和国民党第十七军挡在沁源。西面两路日军，被秦赖支队和国民党第九十八军牵制在东西团城、马坊地区。北面赞皇一路日军，被冀西游击支队袭扰后不能前进。
刘伯承见敌人围攻态势已形紊乱，决心出动主力，迂回到北路日军的左翼侧，伺机予以打击。4月11日，他率部进至辽县以南的桐峪镇地区，师前方指挥所驻下截村。当晚，邓小平从师后方指挥所赶来，与刘伯承、徐向前共同指挥反围攻作战。
4月12日，国民党骑兵第四师一部在麻田被围，刘伯承当即命令第七七一团派1个连前往救援。第七七一团这个连队突然出现在日军的后路，一阵猛打猛冲，打得日军混乱不堪，落荒而逃。骑兵第四师部队安全脱出了包围。
4月14日，南面由长治出犯的日军继续东进。右翼苫米地亲率第一〇四旅团第一〇五联队等部经蟠龙、墨碇进占辽县，左翼由配属苫米地指挥的第二十五旅团第一一七联队经段村攻占武乡，并于15日进占榆社。苫米地是日军中一位凶狠毒辣、刚愎自用的将领。在2月底日军三路会攻临汾的作战中，他抢先攻进了临汾城，获得了日军大本营颁发的一枚勋章。从此他更加狂妄骄纵，自诩精通八路军的游击战术，叫嚣要打垮八路军的主力部队。他根据八路军“敌退我追”的原则，发明了一种所谓“拖刀计”的战法：在作战中烧民房后假装撤退，当八路军游击队尾随追击时，突然进行伏击或围攻。这种战法开始曾让一些游击队吃了亏。他越发自鸣得意，目空一切。
刘伯承见苫米地一味孤军深入，不与友邻协调行动，根本不顾忌自己侧背暴露，判断苫米地又犯了好大喜功的老毛病，企图独占九路围攻的头功，不禁对身旁的参谋说：“苫米地这家伙，竟敢犯兵家之忌，以为我们八路军好欺侮，看他疯狂到几时？”他决定将计就计，把苫米地放到武乡、辽县之间来打。这一带地形有利，山高路险，蟠龙、墨碇一带是很好的伏击战场；群众深受日寇蹂躏，又经过发动，积极要求帮助八路军消灭日军。
12日至14日，他率部秘密西移，经石瓮、石门到达李庄、贾豁。当日军左右两翼分向辽县、武乡进犯时，刘伯承发现如果单独吃掉左翼一路更为有利，因为左翼第一一七联队兵力较弱，西面有第一一五师第三四四旅旅长徐海东率该旅在沁县小东岭策应，右翼苫米地回援也较易阻击。于是，他故意放苫米地北去辽具，派出部队密切监视第一一七联队的行动，等候最有利的战机。
14日，刘伯承与徐向前、邓小平商定了一个作战方案，上报总部：“我师与徐旅协同动作，配合曾（万钟）军围困段村，打击增援，或配合朱怀冰师，或出辽县。”总部朱德总司令、彭德怀副总司令立即复电批准打段村。
当夜，刘伯承率部经东方山涉过浊漳河，到达段村以北的西黄岩、马牧地区，转到了第一一七联队的左翼侧，造成了歼灭这股日军的极为有利的态势。
第二天，侦察参谋报告：武乡日军进到榆社后，因城中经群众“空舍清野”，无法获得粮秣给养，去辽县的道路又遭严重毁坏，大部队难以通行，所以又返回来了。
刘伯承听完报告，“腾”地站了起来，高兴地说：“鸟入笼，鳖人瓮，这下可有大仗打了，先让第七七一团派两个连，严密监视这股敌人。”
“鬼子一天之内，从武乡到榆社，跑了一个来回，足有150里路，够他们受的。”徐向前接过话茬。
“我们的动员工作搞得好，榆社给鬼子摆了一个‘空城计’，让鬼子饿着肚子跑路”，邓小平对榆社群众的‘空舍清野’十分满意，“鬼子扑来扑去，搞不清我们在哪里，我们却一直盯着它呢。看它还能往那里逃？”
晚10时，陈赓旅长电话报告：据监视部队报告，段村和武乡城里的敌人向东撤退，其后卫部队尚在马庄停留。
“追！”刘伯承毫不犹豫地对陈赓下令，“第六八九团归你指挥，同第七七二团为左纵队，沿浊漳河北岸追击。第七七一团为右纵队，沿着南岸追击，第七六九团为后续部队，沿武乡至襄垣大道跟进。”
追击部队火速地出发了，刘伯承率师前方指挥所在部队后面跟进。
陈赓率第七七二团、第七七一团向东猛追。日军在他们的左前侧，人数有3000，携有山炮、机枪，一旦反扑过来还是够厉害的。但他们毫不畏惧，他们知道日军一路困饿，已成疲惫之师，现在是乘夜逃跑。
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