在前线的肖克、关向应赞同贺龙的作战意图，迅速将一二〇师两旅主力调集到忻县—阳曲以西地区进行战斗准备，2月18日，发起了攻击。
三五八旅七一五团率先在忻县黄岭村伏击了从平社往高村的火车，毙伤日军50多人，但因受地形限制及平社敌人增援，未能将敌全歼。22日凌晨，三五九旅七一七团袭击平社车站。刘转连团长指挥所部利用黎明前的黑暗掩护，秘密接近车站，用手榴弹给敌人来了个突然袭击，歼敌60多人。由于有的营动作不坚决，战至佛晓，未能解决战斗，乃主动撤离。
战斗一打响，在岚县的贺龙坐不住了，23日赶到莲寺沟。当晚，他就到七一七团，指示他们迅速总结战斗经验，鼓励他们再接再厉，重攻平社，把车站拿下来。贺龙对战士们说：“现在天天传八路军打胜仗，就是看不到活的俘虏。你们这回再攻平社车站，少缴几枝枪不要紧，一定给我抓几个俘虏回来，看看他们还骄横不骄横。我就不相信鬼子就那么厉害，抓不住他。你们就抓他个活的。有人说，抓住的鬼子都不走。不走？你就抬起他走，怕他不来？”贺龙的话引得战士们发出了一片笑声。师长亲自深入前线，大大鼓舞了部队的斗志。
当夜，王震指挥三五九旅再袭平社。日军退往忻县，七一七团占领平社车站。24日晚，一鼓作气，攻占关城镇，捉了10来个俘虏。有的真是被捆起来抬下战场的。
27日，阳曲日军700人，乘火车到达高村车站，下车后，立即向北推进，企图重占平社。在东西河庄，与贺龙事先部署在这里的三五八旅七一六团相遇，激战半日，形成对峙。贺龙对张宗逊说：把七一五团调上来嘛！你舍不得什么？要赶快解决战斗。张宗逊急调七一五团于下午4时赶到东西河庄。黄昏，两个团同时发起攻击。激战两小时，将日军击溃，并追到20里以外的高村车站。这一仗，毙伤日军90余人，俘虏1人。
这样，10天之内打了4仗，破坏铁路10余公里，拆毁桥梁8座，攻占了平社、田庄车站等7处据点，切断了忻口至阳曲的交通线，完成了破袭同蒲路的任务。
同蒲路破袭战还没有打完，1938年2月20日，贺龙得到消息，日军一部侵占了离石县军渡，一部进攻保德城。日军的这一动向意味着什么呢？贺龙在莲寺沟召开会议，分析形势，研究对策。会议认为，日军可能有两种企图：一是扫荡晋西北，截断一二〇师归路，把一二〇师挤出晋西北；一是企图进攻陕甘宁边区，因为有一路已经占领了黄河渡口。贺龙说：不管哪种可能，我们都要马上返回晋西北，“我主力在同蒲路的任务已经完成，应按形势转移。”他下令三五八旅两个团移往离石、碛口，防止日军渡河西犯陕甘宁边区；三五九旅的两个团去岢岚以东待机；师部返回岚县。
2月29日，大雪纷飞，贺龙率部冒雪向晋西北腹地转移。
此时，北面的日本驻蒙军第二十六师团黑田旅团的竹下联队已侵占偏关、河曲；千田联队袭占宁武、侵入神池后，兵分两路，一路夺取保德，并派出200余人渡黄河进入府谷，一路由三岔直取五寨。南面的日本华北方面军第一〇九师团占据离石，一部进至黄河东岸的军渡与碛口，炮击八路军留守兵团河防部队，摆出一副将要渡河进攻陕甘边区的架势；一部侵占岔口、古交、河口地区，并向娄烦进犯。3月2日，毛泽东电告贺龙：“照贺、关已定部署，以1个旅攻击由五寨向临县进攻之敌；以1个旅星夜起程至离石以北，攻击碛口、军渡两股敌人，阻其渡河之部队。如敌突破河防攻绥德，须以1个旅过河，配合河西部队消灭该敌，保卫延安。”
其实，日军的真实意图是要占领晋西北各县，逼迫中国军队退出山西。3月2日，千田联队长调回侵占府谷的200余人，集中主要兵力进攻五寨和岢岚；军渡、碛口之敌也突然东返离石，转而向北进犯方山、临县。
毛泽东立即看到了这一点，他电告贺龙：敌人企图压迫我们渡河的情况已明。目前重点在于坚决击破正面静乐、方山、五寨3点的敌人。张宗逊旅不必再去离石，应集中兵力，打击这3路敌人中的1路或两路，以破坏其围攻计划。
这时，贺龙已回到岚县，接到毛泽东指示，即决心集中国共两党在晋西北的全部兵力，将日军赶出去。贺龙一面急令张宗逊改变行动计划，迅速率三五八旅北上，一面去拜访在晋西北的国民党军将领。
当时，在晋西北地区驻有4支国民党军，即赵承绶的骑一军，驻静乐；郭宗汾的第七十一师，驻岚县东村；傅作义的第三十五军，驻临县；何柱国的骑二军，驻偏关以北。可是，在日军进攻的时候，除第三十五军对侵犯方山、临县、娄烦的敌人稍作抵抗之外，其他的都避而不战。粉碎日军的进攻，要不要同他们协同作战呢？有人认为，日本鬼子一来，他们就跑，还跟他们协同什么？贺龙不同意。他认为，对于友军就要主动团结。他们不想打，要想办法把他们推上抗日战场，这也是统一战线问题。他说：“我主张联合旧军一起来打。他不干，就拉起他来打。我们要把赵承绶、郭载阳（即郭宗汾）统一过来。”因此，一到岚县，贺龙先到东村去见郭宗汾。见到郭宗汾，贺龙就说：“这次我们一起来打。我推赵承绶军长当总指挥，你看如何？”郭宗汾说：“贺师长，你看，我的1个师连自己的1个炮兵营都不能掩护，我怎么打？”
贺龙又到静乐去找赵承绶，一见面，赵承绶向贺龙作了两个揖说：“啊呀！贺师长，你可回来了。你们再不回来，我也要走了。”贺龙说：“赵军长，你不要走。你当总指挥，我们一起打。有1个月的功夫，便可以恢复北边了。”赵承绶说：“贺师长，我100个骑兵，只能抽出30个人去打仗，要70个人看马。我怎么去打？”贺龙说：“赵军长，我们都驻在晋西北。这个时候要同舟共济，不能一走了事啊！”
最后，赵承绶、郭宗汾总算同意在一起商量一个作战计划。3月9日，赵、郭来到岚县，同贺龙、关向应、肖克开会，订了个计划。这个计划规定：七十一师1个旅佯攻岢岚；一二〇师主力位于五寨、岢岚大道以东适当地点，以一部在大道以西打五寨可能增援之敌；骑一军置于神池、五寨之线西北，打击神池、五寨间来往之敌；战动总会游击队在保德、三岔一带活动，归一二〇师指挥。然而，赵、郭两人皆无真实抗敌之意。战斗一打响，赵承绶派两个炮兵连带了两门山炮来配合一二〇师，在神池、五寨以西也派了一点兵，应付差事。郭宗汾则推三推四，一兵未发。贺龙后来感慨地说：“赵承绶算是统一过来了，郭载阳就没有统一过来。”他非常窝火。在这样情况下，这一次反围攻只能靠一二〇师自己了。
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