1942年5月中旬，日军村川大队和伪军一部袭击我晋绥根据地的中心地区晋西北兴县，我晋绥部队主力一部，在地方武装和民兵配合下，将该敌500人围歼于兴县、岚县，临县交界的田家会地区。这是我军在发起冲击。
八路军总部在9月16日下达的作战命令中，给120师规定的任务是，以截断同蒲路北段交通为目的，集结主力破击宁武、轩岗段同蒲路。在此之前，第120师就制定了破袭忻县宁武段同蒲路的计划，120师师长贺龙、政委关向应将部队进行了相应部署：第358旅担任破坏原平镇至宁武间铁路，并袭击轩岗、良庄、东寨等据点；独立第1旅破坏忻县至原平镇间铁路，并相机袭占忻县的奇村、楼板寨等据点，另以晋西北新军工人武装自卫旅的一个团逼近忻县方向警戒，阻敌增援；独立第2旅破坏宁武至朔县段铁路，并逼近宁武阻敌援兵；新军暂编第1师担任阻击岢岚、五寨之敌，师特务团位于宁化堡，掩护侧后交通；新军决死第二纵队及第359旅的第717团一部，继续活动在汾离公路、离石至军渡公路和临县、方山以南地区，积极打击日军，严防日军对我后方的袭击；新军决死第4纵队和工卫旅主力活动在太汾公路，积极破击、牵制日军。
这一计划得到了八路军总部领导人的完全同意。在八路军总部第二阶段作战命令下达后，贺龙、关向应和参谋长续范亭针对总部要求和敌我情况变化，进一步修改完善了作战部署，再次进行同蒲铁路北段破袭战，以配合涞灵、榆辽战役。
在贺龙、关向应和续范亭的指挥下，第120师和晋西北新军于9月14日开始行动，各部队主要是扫清向同蒲铁路北段开进的障碍，同时以一部兵力破袭了该路。
当天该师主力第358旅自静乐以南娄烦地区，第358旅渡河后，准备先夺取宁化堡、东寨镇之间的头马营，保证大军东进的后方交通。18日晚与敌激战，歼其一部，据点未克。第358旅为保证按时赶到破路地点，遂以一部兵力监视宁化、头马营之敌，主力继续向东挺进。同时，获得独立第一旅将上庄日军包围的消息，决心乘虚攻占羊圈岭，断敌退路，配合友邻作战。19日，358旅主力正按计划开进，传来新消息，上庄未被歼灭的日军200余人已窜回羊圈岭。358旅遂放弃攻击羊圈岭的计划，主力转移至黄松沟、中马坊一线待机。20日，在羊圈岭以南的疙瘩村、层旺村击溃了由羊圈岭出动的400余日伪军的进攻，并以一部在1000余名群众支援下，破袭了同蒲铁路怀仁至朔县段，攻克了朔县至岱岳间的小模村、李团据点，共破袭铁路15公里、公路15公里，毁火车1列、大车20余辆，砍电杆、割电线5公里多，收回铁轨130余根，毙日伪军30余人。21日，358旅以第4团附师部工兵连向轩岗、段家岭铁路沿线前进，第716团再次攻击头马营据点，并打退了由宁化堡出授的200余日军的进攻，全歼日军40余人，俘小队长以下20余人，缴获炮1门、步枪40余支、掷弹筒4具、炮弹10余箱；并以一部在保安堡，击溃由丰镇西南破鲁堡、坐堡窑出动的日军100余人的进攻，歼日军20余人；后在广汉营与由丰镇出动报复的300余日伪军激战，由于日军施放毒气，八路军遂撤出战斗。
独立第一旅自岚县西北的河口地区出发，在静乐以北先后东渡汾河，向同蒲铁路线挺进。于9月12日晚分路袭击了忻口以西的楼板寨、奇村各据点，歼日军大部；另一部破袭了忻口以南铁路一段。9月18日，独立第一旅进至羊圏岭以南之谢家坪、曹家庄，得到情报，自羊圏岭和忻县出动的400多日军在大庄滩合击八路军雁北支队扑空，正在上庄休息。旅首长决心消灭这股日军，遂命令第2团由上庄以西、以南，第715团由上庄东北发起攻击。战斗在中午12点打响，一直进行到午夜24时，经反复冲杀，毙伤日军200余人。因残敌固守上庄西南山头有利地形进行顽抗，独立第一旅主动撤出战斗。21日下午，一部在忻县西北的万庄村、上道村地区，与日军500余人遭遇，激战3小时，将其击退，缴获步枪4支、掷弹筒2具、战马10匹、大衣65件。
第359旅于9月20日，以第717团一部分和新军决死第2纵队袭击了柳林以西的高占村、李家垣据点，彻底破坏了碉堡周围的铁丝网，破坏了敌人堡垒，与日军反复冲杀多次，毙敌数十人；另一部在柳林以北龙化园附近击溃了由离石出犯的日军80余人的进攻。21日，该旅一部袭击了离石以西的郁占村据点，毁碉堡l座，毙日军小队长以下10余人。缴获手枪2支；另一部再次袭击了李家垣据点，毙日军80余人，并击溃了由柳林出援的日军200余人的攻击。
暂编第一师于9月20日夜一度攻入五寨县城，攻克了风子头据点，毙伤日军100余人，缴获步枪10余支、手枪3支。该师伤亡60余人。22日，在群众300余人支援下，破袭了岢岚至五寨间公路10余公里。
大青山支队于9月21日击溃了由武川进犯通北白旗宦庄子的日军600余人，毙日军30余人。22日，击溃了再次进犯宦庄子的日军，毙伤其50余人；在乌兰花东南的大小哈达附近，与日军200余人激战2小时，毙日军30余人，缴获步枪10余支。
师特务团于9月15日在杜家村与由宁化堡出动的日军200余人，激战至翌日晨2时，歼其大部。
从9月22日22时开始，第120师主力以同蒲铁路北段为重点，向预定目标展开了破袭战。同时，以一部兵力打击、袭拢五寨、岚县、交城、文水、武川、陶林等地的日伪军。
第358旅破袭了宁武至长畛和轩岗间铁路，击溃了由宁武出援的日军200余人的进攻，进逼宁武车站，毙伤日军10余人，缴获步枪5支。第358旅也伤亡连长以下10余人。9月26日晚，在群众700余人的支援下，继续破袭宁武至轩岗间铁路6公里，毁铁轨400余条、枕木2000余根，砍电杆、电线5公里多。又以一部袭占了太原以北的西关村据点，击溃由东关口、兰村两处出动的援敌，毙日军30余人，俘其4人，缴获步枪4支。该旅伤连长以下10余人。
9月22日晚，独立第一旅一部袭击了忻口镇，激战一昼夜，攻克了忻口镇和宁武城东的轩岗车站，摧毁了全部伪组织，毙伤日伪军110余人，缴获机枪2挺、步枪20余支；破袭了忻口南北铁路5公里多，毁枕木700余根，砍电杆100余根，收电线300余公斤，袭击了原平西南的楼板寨据点和忻县西北的奇村据点，毙伤日伪军40余人；另一部炸毁轩岗车站以西大铁桥1座，破袭铁路5公里，收电线50余公斤，控制了一段铁路。
第359旅于9月24日晚以一部袭击了橙杏镇以东张家山据点，攻克碉堡3座。该旅伤亡连长以下30余人。
独立第二旅担任宁武至朔县段破袭任务，9月23日晚破袭了宁武的石湖、河前车站，并毁坏了一段铁路。第二天早晨，打退了由朔县、神池和阳方口出发的三路日军的增援。27日，击溃由宁武南的东寨外出修路的日伪军200余人，毙日军10余人，俘伪军3人，解放路工40众人。
9月25日晚，暂编第一师袭击了五寨西南的秦家庄据点，全部摧毁碉堡工事，歼日军20余人，缴获步枪7支、掷弹筒2具，并在五寨附近收电线500余公斤、铁丝网250余公斤。10月5日，打退由五寨出动的日军200余人的攻击。
9月23日，大青山支队在得胜营子与由武川出动的日军150余人激战3小时，击毙日伪军80余人，俘伪军20余人，缴获长短枪30余支、战马21匹。该支队伤亡70余人。24日，击退由萨拉齐东北的马召村出犯的日军，毙伤日军40余人，缴获步枪10余支。该支队伤亡连长以下20余人。25日，在井沟西北的西梁附近与由武川出犯的日伪军300余人激战，毙敌40余人，该支队也伤亡30余人。27日，在察素齐西南麦达乔、苏波等地击溃伪军200余人，缴获步枪20余支。10月1日，该支队一部在察素齐东北大水桥附近与伪军遭遇，毙敌10余人，俘虏2人，缴获战马4匹、步马枪6支；另一部在陶林西南井湾子遭日军骑兵60余人包围，激战2小时、突出包围圈，伤亡连长以下20余人，毙日军10余人。
9月22日晚，雁北支队分路袭击了原平至轩岗间的沙峪、梨井等据点，并突入据点内，歼日军30余人；破袭沙峪至沿长会间铁路2.5公里，收电线50余公斤；破袭了犁井至大牛店间铁路5公里多。炸毁铁桥l座，并打退了大牛店出援的日军100余人的攻击，毙伤日军60余人，俘3人，击毁装甲车1辆，缴获步、马枪20余支，收电线300余公斤。
工卫旅于10月2日拂晓袭击交城，一度攻入城内，与日伪军400余人展开激战，攻占了城东关。由于文水日军出援，该旅遂撤出战斗。在这次战斗中，共俘日军1人、伪军5人，缴获轻机枪2挺、步枪10支、掷弹筒4具。该旅伤亡40余人。10月6日晚，一部袭击了太原以北的口度村据点，毙日军10余入，俘20余人，缴获步枪4支；另一部击退由兰村出扰的日伪军，打死敌军10余人。决死第二纵队于10月2日在交城以西的东交子村附近击演出犯日军100余人，毙其20余人。该纵队伤亡10余人。5日晨，在文水东南的于村击溃出犯日军100余人，毙敌20余人。
自9月16日至10月10日，第120师共进行大小战斗111次，毙伤日伪军970人，俘日军4人、伪军47人、共歼日伪军1021人；缴获炮1门、掷弹筒1具、轻机枪1挺、长短枪82支、骡马48匹；炸毁火车1列、装甲车1辆、汽车1辆、桥梁7座；破袭铁路30公里、公路13.5公里，收割电线12公斤。
在同蒲路北段破击战中，第120师共牺牲营、连、排干部32人，战士147入，负伤营、连、排干部58人，战士354人．其他减员54人，共645人；损失长短枪52支、重机枪1挺。
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