1940年，杨成武在与日军长期的作战实践中总结出一条经验：“日军作战，有个规律，每次失败，必然出兵报复，失败得越惨，报复得越凶，而且常常是败兵刚刚收巢，大队人马就立即扑来，妄图趁我们‘消化’胜利果实时，打我们一个猝不及防。”
一个多月来，在广大地区连续遭到八路军大规模破袭和玫击的华北日军，条条铁路起火，一半炮楼冒烟，始终都处于被动挨打的地位，损失惨市。这对心气正旺的多田骏来说，怎么也咽不下这口气。9月底，整体处于绝对优势的日军刚刚喘过气来，多田骏就众即调集第110、第36师团、独立混成第1、第9旅团及重整的第4旅团，共2万余人，从10月6日开始，首先对太岳、太行根据地进行“扫荡”。随即，驻蒙日军、驻山西第1军也都调集重兵，对我华北各根据地进行疯狂的报复“扫荡”。多田骏的目的非常明确，就是要趁八路军连续作战来不及休整之机，打击八路军主力，毁灭抗日根据地。
对日军的报复“扫荡”，彭德怀早有预料。百团大战一开始，他就指示各部队要做好反“扫荡”的准备。他还指出，对于窜到根据地的日军，我军的作战方法是避实就虚，先以小兵力在地方武装配合下积极侧击、扰袭，消耗日军，待之疲惫分散时，我则以集击散，以强胜弱，集中优势兵力和火器，歼其一路，从而打破日军的“扫荡”。榆辽战役结束后的10月1日，八路军总部在给各大区的指示中，更进一步指出，增援榆、辽之敌，很可能顺势“扫荡”太北地区，各部应有相应的准备。由于八路军做好了反“扫荡”的准备工作，日军的“扫荡”并没有收到预期的效果。
10月11日，日军第36师团、独立混成第4旅团各一部，共3000余人，南北策应，“扫荡”太行根据地榆、辽、武之间的浊漳河两岸地区。八路军第385、第386旅，决死第1纵队等部，在内线节节阻击进犯之敌，新10旅在外线积极作战。15日上午，新10旅2个团在和辽公路弓家沟伏击敌汽车运输队，毁敌汽车40多辆，歼敌100余人。此后半个月，日军不敢在和辽公路上运输。17日，“扫荡”之敌分途退去。
从11月17日开始，日军第37、第41师团和独立混成第16旅团各一部，共约7000余人，分三路对太岳根据地沁源及其以北的郭道镇地区合击“扫荡”。由于太岳军区主力386旅和决死第1纵队赴太行根据地未归，为避敌锋芒，军区将领导机关与现有主力部队组成沁东、沁西两个支队，转移于日军合击圈外的沁河两岸地区，打击敌人分散活动的部队。
日军在地方武装袭扰下，于23日进抵合击地区后，即实行分散“清剿”，大烧、大杀、大抢，企图消灭根据地军民的生存条件，彻底毁灭根据地。太岳军区部队及时抓住日军四处“清剿”，兵力分散的有利战机，积极打击敌人。23日，沁西支队第42团在官滩歼灭日军100余人，27日，第42、第59团各一部在胡汉坪、马背一带毙伤日军160余人。沁东支队第17、第57团，先后在光凹、陈家沟、龙佛寺、吾元镇、南卫村、南里等处也都给日军以沉重打击。日军合击企图落空，被迫于12月5日分路撤出太岳根据地。
11月9日，日军第110师团等及伪军1.4万余人，对晋察冀北岳根据地实施大规模“扫荡”。在此之前的10月l9日，八路军总部就曾指示晋察冀军区，认为进攻平西、太行的日军均可能转而进攻北岳区，要求晋察冀军区应立即准备粉碎日军之“扫荡”的作战，党政军民应切实配合，进行深入的战斗动员，主力应集结适当位置，准备坚决消灭一两路进犯之敌。
为此，晋察冀军区做了认真的准备，对部队作了补充和调整，加强了战备和敌情侦察，地方工作也作了相应的部署。因此，当日军大规模“扫荡”开始后的第二天，晋察冀军区立即下达了反“扫荡”的作战方针和部署，决定在敌人进攻的前一阶段，避免与敌决战，采取广泛积极的游击战，使日军在“扫荡”中“住不得其所，行不得其时，食不得其饱，最大限度地疲乏与消耗敌人，主力兵团立即集结起来，置于机动位置，准备于适当时机打击敌入，歼火敌之一路或两路，以转换战局，”彻底粉碎敌之“扫荡”。
从涞源出动的驻蒙日军和从易县、保定出动的第110师团，共约6000余人，从9日开始连续对根据地内的关头、银坊、黄土岭、神北等地进行合击，但所到之处，日军都扑个空。气急败坏的日军只好大肆烧房子，毁坏我根据地内的各种设施，然后留800余人驻扎关头附近的吴家庄，其余便沮丧地分途撤退。然而，正如日军后来总结的一条经验那样，“皇军大大地来，八路小小的有；皇军小小的来，八路大大的有”。日军刚一撤退，八路军第1、第25团及1分区特务营就集中兵力围攻吴家庄留下来的日军。经过一昼夜的激战，敌人损失惨重。残敌在日军飞机的掩护下突出重围，仓皇逃窜。途中再遭八路军第20团的截击，伤亡更大，逃回满城。一招不成，再换新招。日军调集兵力，采取“分路的分进，多点的合击，一面进攻，一面修路，一面构筑据点”的战术，继续进行“扫荡”。
但日军仍没有多大的收获。晋察冀军区主力部队，根据敌情变化，灵活机动，只以小部分部队与敌人保持接触，了解敌人的动向，牵制敌人的行动，大部队则避敌锋芒，机动转移，使日军始终找不到八路军的主力，合击屡屡扑空。各分区部队不脱离根据地，积极与敌周旋，各游击部队袭击敌人，破坏交通，阻敌修路，扰敌后方。11月21日夜，第2团选派30余人袭入党城，以手榴弹袭击日军宿舍，日军惊慌失措，枪炮射击彻夜未停。26日，第1分区便衣队4人潜入保定，以手榴弹袭击日军正在举行会议的剧场，引起日军后方的恐慌不定。侵入根据地的日军，半个月下来不断遭到打击，疲惫不堪，遂于25日分路撤退。
12月中旬，日军抽调驻晋南的第37师团、驻晋东的第41师团的各一部，配合驻晋西北的第26师团、独立混成第3、第9、第16旅团各一部，共2万余人，对晋西北根据地实施全面“扫荡”。百团大战第二阶段结束后，贺龙就预料日军必来进行报复。120师及时地调整了一些部队的建制，补充了弹药和给养，精简了机关，充实了战斗连队，并要求各部队抓紧休整，积蓄力量，准备反击敌人大规模的“扫荡”。12月14日，晋西北军区指示各分区：这次反“扫荡”的作战方针基本上是游击战，但需有相当主力集结，以便机动；各分区需有1个团以上的兵力，以连、营为单位分散游击；各正规军派出的游击队及地方武装，须围绕着进攻之敌，不断扰击，并派一部在敌后破坏交通；各分区须负责保护粮食，立即帮助、检查群众空舍清野工作。
至12月23日，日军侵占了晋西北除保德、河曲两县以外的各部县城和大部分集镇。晋西北军区迅速投入反“扫荡”斗争。初期，各部队以部分兵力配合地方游击队广泛开展游击战，袭扰、钳制进攻的敌人，破袭敌人的交通运输，掩护群众转移。主力部队避开敌人进攻的锋芒，转移到外线，寻找战机袭击敌人。第358旅和工卫旅，分别对“扫荡”米峪镇的敌人进行多次袭击和阻击。
第4军分区部队先后袭击方山、峪口、信义等据点，并多次袭击临县和安叶村。独立第1旅和决死第4纵队，在大武以北不断袭击敌据点，破坏公路，断敌交通。在晋西北军民的有力打击下，日军的“清剿”行动难以进行下去，遂改为修筑公路，设立据点，企图长期驻守，分割包围，逐步剿灭。针对日军这一险恶企图，晋西北军区于12月27日指示各分区，要求要动员一切力量，坚决打破敌人修路筑点的计划。指示命令第358旅负责打击岚县至大蛇头、普明至赤坚岭修路的敌人，独立第1旅负责破击大武至临县公路，决死第4纵队破击大武至方山的公路。
据此，独立第1旅第2团组织群众2000余人两次破击大武、三交问公路，使临县的敌人不得不绕道方山与离石联系；离石游击队带领群众两次破击离石、军渡问公路，毁公路30余里；第2、第35团各一部，连续袭击汾阳至柳临公路线上的信义、上白霜、张家山等据点。工卫旅对太汾公路连续进行破袭。决死第2纵队第4团还深入到晋中平川，在下曲镇诱伏文水之敌，歼灭日伪军100多人。此外，在内线坚持的各团还抽调干部组成便衣工作团和地方工作团一起，在精干部队掩护下破坏敌新建据点周围的“维持会”。第715团一部与临县游击队一起袭入临县县城，捕捉了南关‘“维持会”代表。在根据地军民英勇战斗下，日军修路筑点计划又遭失败，最终不得不撤出晋西北根据地。
八路军取得反“扫荡”的胜利，其中一个重要的原因是各抗日根据地人民的大力支持。日军对这一点深有体会，第1军司令部参谋朝枝繁春在其一份上报材料中说：八路军的抗战生：气甚为旺盛，根据地的居民，一齐动手支援八路军，就连妇女、儿童也用竹篓帮助运送手榴弹。我们有的部队，往往冷不防被手执大刀的群众包围袭击而陷入苦战。百团大战中被八路军搞得焦头烂额的日军独立混成第2旅团长片山省太郎更有感触：八路军的工作已深入到居民中，村民正如“空室清野”的标语那样，几乎逃避一空，不见踪影，而且显然可以看出，他们曾经积极协助过八路军。因而在作战期间，我军的动向被详细地泄露给八路军，但我们对八路军的情报却完全不明。
也正因为如此，日军无法捕捉到八路军主力进行决战，在连连遭受到根据地军民痛击的情况下，便把无法转移的房屋和来不及撤离的群众作为“作战对象”，发泄愤怒。一位参加过“扫荡”，后来被俘的日军士兵说：“从1940年10月2日到11月30日间，36师团井关中将受到方面军多田中将的命令，参加晋东南作战。当这个作战开始前，第222联队第1大队长桥木正少佐，于山西襄垣县夏店镇的车站前，集合全体士兵，传达方面军的命令：‘这次作战目的，与过去完全相异，乃是在于求得完全歼灭八路军及八路军根据地内的人民，因此凡是敌人区域内的人，不问男女老幼，应全部杀死，所有房屋，应一律烧毁，所有粮秣，其不能搬运的，亦一律烧毁，锅碗要一律打碎，井要一律埋死或投下毒药’……”
在日军烧光、杀光、抢光的“三光”政策下，一幕幕令人发指的人间惨剧发生了——
10月18日，日军一部400余人窜到麻田南峪村，将全村300多间房屋付之一炬，屠杀村民40余人。
10月22日，日军第11大队一部在武乡双舍村搜山时捉到村民31人，全部捆绑投入村头水井中，无一幸免。
平西马家庄，日军将老百姓逼到一所大房子里，一把火烧死290多人。韩洪镇，日军强迫群众到庙内开会，参加会议的400余人全部被烧死。
这一惨案与日军对百团大战的报复“扫荡”似乎没有直接关系。
和顺石拐镇，因百团大战中129师师部曾设在这里，故在日军的“扫荡”中先后被烧5次，房屋窑洞化为一片焦土。沁源县，先后被杀害的群众多达5000余人，全县10户以上村庄仅留孙家沟一村。辽县、武乡、黎城、涉县的房屋80%被烧，有数十村像石拐镇一样成为焦土。日军放毒队，用骡马驮着清酸、里加、升汞等毒药，每到一处就往水井、水池、地窖里放毒，危害极大，除直接造成伤亡外，还引起恶性传染病，“抗战中边区患传染病的人数约1300万”。
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