冀南、太行、太岳军区部队，积极配合百团大战第一、第二阶段的正太、榆辽战役，也取得了很大的成绩。冀南军区部队与太行军民联合行动，对平汉路元氏、安阳段作了严重破坏，炸毁了该段的大部分桥梁，并一度攻克邢台车站。在冀南根据地内，对正在修筑的德石铁路和将要修筑的邯济铁路的路基进行了连续大破击。新编第九旅一部在东、西高村战斗中，歼灭日军1个中队，缴获野炮订1门及机枪数挺。在太行区，新编第一旅对安阳、磁县间铁路和长治、壶关、潞城等地公路辗转破击。该旅第二团一部结合游而队袭人长治日军飞机场，焚毁飞机3架，击伤1架，烧毁仓库两座。该旅第一团在安阳同治桥战斗中，歼灭日军一个中队，俘日军10人。太岳军区部队对白晋、同蒲两铁路，进行了反复破击。王新亭率领沁北支队在温家山顽强阻击由沁县出犯的日军500余人，有力地保障了榆社攻坚战的胜利进行。
榆辽战役之后，部队获得了短暂的休息。刘伯承忙着总结作战经验，同时准备反击敌人的报复“扫荡”。
10月4日，他打电话通知第三十二团团长宗书阁、政委李震、副团长周明国到师部去汇报作战情况。宗书阁原是“皇协军”的营长，率部起义加入八路军已有一年，一年来经过实战锻炼在指挥上有了很大进步，可这一次狼牙山阻击战最后关头没有打好，让辽县日军越过狼牙山西援，妨碍了红崖头、关地垴地区围歼战的彻底胜利。因此，他接到电话后，心情十分沉重，心想任务没有完成，怎么向师长交待呢？李震和周明国的心里同样忐忑不安。
次日，他们三人骑马赶到师部。刘伯承热情地招呼他们坐下，宗书阁简要汇报了狼牙山阻击战的经过，表示愿意接受师首长的处分，李震和周明国也争着要求承担责任。
刘伯承笑着说：“我今天找你们来，一不是处分，二不是追究责任，而是跟你们一起总结作战经验。”三个人紧张的心情顿时轻松下来。
“你们仗打得还是不错的，不是抗住了敌人的多次进攻吗？部队打得很顽强。最后没有守住，一是敌人兵力大，二是你们吃了不懂战术的亏。我总是强调我们师的干部战术素养差，跟日本鬼子打了三年，应该说这方面有进步，但离实战要求还差得很远。你们三个人，宗书阁和李震是知识分子，作战经验少，周明国是红军，仗打了不少，可战术上的道道也不多。”①三个人觉得刘伯承的分析完全符合他们的实际。
①采访宗书阁谈话记录。
“打阻击战，我们很多干部只知道死守，不知道它就是运动防御战，目的在于迟滞敌人，限制敌人的行动。因此，应采取节节抗击的办法，尽量拖延敌人的时间，为主力赢得机动的时间。你们在狼牙山正面跟敌人牛抵角，是一种单纯防御，也是消极防御，不是积极防御。”②刘伯承耐心地给三位部属讲解着。
②采访宗书阁谈话记录。
“阻击战一般有两种打法，一种是部队占领阵地，摆开与敌人决战的架势，大量杀伤敌人，迫使他展开主力，与我决战，待敌主力展开后，我则迅速转移阵地，在新阵地上再阻击杀伤敌人。这样反复多次，节节抗击，达到杀伤和迟滞敌人的目的。另一种是一面组织正面防御，大量杀伤敌人；一面派出部队迂回侧击敌人，迫使敌人后退，同我侧击部队作战，使敌人主力无法迅速前进。这两种打法才是积极防御。”③宗书阁等连连点头，他们的心头一下子豁亮了。
③采访宗书阁谈话记录。
中午，刘伯承陪他们三人吃饭，在饭桌上，又嘱咐说：“你们回去把我的话告诉部队，部队打得很好，要多鼓励，不要轻易批评。干部间要讲团结，共同总结经验教训，不要互相埋怨。你们都还年轻，不要因为一仗没打好就背包袱，来日方长，努力学习军事知识，钻研战略战术，这对团以上的指挥员来说尤为重要。”
10月上旬，日军开始进行大规模的报复“扫荡”，百团大战进入第三阶段的反“扫荡”作战。
“扫荡”首先从太行区开始。10月6日，武安日军800余人，进犯武安、阳邑一带，10日，辽县、武乡、潞城、襄垣等地日军3000余人，分多路会犯榆、辽、武之间的浊漳河两岸地区。
刘怕承指挥第三八五、三八六旅、决死第一纵队等部队结合地方武装和自卫队，在内线节节抗击，粉碎了日军企图寻找八路军主力决战的阴谋。新编第十旅一部乘虚在和辽公路上的弓家沟设伏，歼灭了日军一支运输部队，击毁汽车40余辆。迫使日军“扫荡”部队分途撤退。
20日，日伪军出动近万人，“扫荡”清漳河东北地区，重点是北方局、八路军总部机关及第一二九师直属队与边区党政机关所在地麻田、左会之间及涉县、偏城一带。
刘伯承指挥第一二九师部队辗转于峰峦沟谷之间，进行坚决抗击。第三八五旅第十四团在桥上、人家岩阻击辽县进犯麻田的日军，掩护北方局和总部机关安全转移。第三八五、三八六旅分别于辽县、温城以南及武乡东田、韩壁一带阻击由辽县、武乡外出“扫荡”的日军。
26日，日军岗崎大队500余人由黄烟洞西犯左会、刘家咀。总部令第一二九师集中主力歼灭该敌。29日夜，刘伯承指挥第三八五旅、三八六旅、新编第一旅及决死一纵队等部队，将日军包围在关家垴高地。在总攻发起前，被围日军突然以一个中队的兵力攻占了关家垴西南凤垴顶高地。次日晨，总攻开始，激烈的战斗同时在关家垴，凤垴顶展开。在关家垴地区，日军飞机多架轮番轰炸扫射，第一二九师部队进行了异常勇猛的攻击，迅速突破日军的防御阵地，将日军压缩到一个狭小的地区。经多次白刃搏斗，将日军大部歼灭。少数残存的日军逃到一个突出孤立的台地上，据险固守。台地四周平坦开阔，台地边沿峭岩壁立，日军在壁沿挖了不少猫耳洞藏身。第一二九师部队发动多次攻击，未能成功。刘伯承命令部队：把炸弹捆成一团，朝着洞里掷，或用石灰罐柄进去呛，用柴禾烧烟熏，人员冲上去用铡刀进洞去砍，采用一切办法消灭日军。凤垴顶日军组织了猛烈的侧射火力，严重威胁着关家垴的攻击部队。第一二九师被迫增兵攻凤垴顶，一日内连续进行10次猛攻，予日军重大杀伤，扼制了日军的火力，但阵地终未攻克。31日下午4时，日军2000余人从黄烟洞方向赶来增援。第一二九师奉命撤出战斗。关家垴、凤垴顶两地残存的日军在援军接应下，遗尸280余具，仓惶撤走。
几天以后，刘伯承率领第一二九师部分干部，到关家垴实地总结攻坚战经验。他仔细察看日军在台地的四周所挖的许多“猫耳洞”，人藏在里面确实很安全。他指着“猫耳洞”告诉干部们：“别小看这小小的招式，凭我们现有的武器还真难对付。这个办法我们也可以学习嘛。”
11月17日，日军转而“扫荡”太岳区。日军出动7000余人，分多路向太岳腹地进犯，沁源县及其以北的郭道镇地区为其主要合击目标。日军沿途大烧、大抢、大杀，肆意摧残根据地。太岳军区以地方武装节节阻击，军区机关和主力适时转到日军的合击圈外，伺机打击日军的清剿部队。第四十二团一部，在权店附近伏击日军，杀伤百余人。第四十二团及第五十九团各一部，又在胡汉坪、马背一带与日军激战，杀伤敌人160余名。同日，第十七团在龙佛寺杀伤日军百余人。日军合击扑空，又屡遭打击，且不断受到地方武装和游击队的袭扰，不得不于12月上旬分途撤退。至此，反“扫荡”作战胜利结束，整个百团大战也就胜利结束了。
百团大战在晋冀豫区取得了巨大的战绩，三个阶段共毙伤日伪军8000余人，缴获大批武器弹药。但第一二九师也付出了重大的代价，前后有7000多人伤亡。
百团大战胜利的消息传开后，举国上下一片欢腾。报社、电台相继发表社论、社评，各抗日救亡组织和群众团体纷纷举行祝捷会和庆功会。百团大战的伟大作用和它产生的深远影响，是不可磨灭的。
刘伯承曾对百团大战作出正确的评价，后来在中共七大的发言中，又中肯地指出了当时八路军方面对华北战场敌强我弱的形势和敌我斗争的长期性认识不足，指挥上带有某种盲目性，尤其是第二、三阶段更多地采用了阵地战的形式，增大了部队的伤亡，伤了自己的元气。
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