戰(zhàn)爭初期，日本侵略者依仗其軍事上的優(yōu)勢，對華北和華中等地展開了大規(guī)模的戰(zhàn)略進攻。在全國人民抗日熱潮的推動下，國民政府統(tǒng)帥部調動全國軍隊，同時在北線和東線戰(zhàn)場實行防御戰(zhàn)略，抵抗日軍進攻。八路軍和新四軍分屬第二、第三、第五戰(zhàn)區(qū)戰(zhàn)斗序列，分別參加了各戰(zhàn)區(qū)的防御作戰(zhàn)。但是，在國民黨政府實行片面抗戰(zhàn)路線的情況下，怎樣才能推動中國共產黨全面抗戰(zhàn)路線的貫徹，是一個極端復雜和困難的問題。中國共產黨著重從軍事上、政治上創(chuàng)造實現(xiàn)全面抗戰(zhàn)的條件：一方面，精心地部署八路軍進行戰(zhàn)略統(tǒng)一下獨立自主的山地游擊戰(zhàn)爭（包括在有利條件下集中兵力消滅敵人兵團），指導其實現(xiàn)從國內正規(guī)戰(zhàn)爭到抗日游擊戰(zhàn)爭的轉變；另一方面，積極配合國民黨軍隊作戰(zhàn)，以極大的努力推動國民黨改變錯誤政策，組織和動員全國民眾，鞏固和擴大抗日民族統(tǒng)一戰(zhàn)線，實行正確的對日作戰(zhàn)方針。

１９３７年９月中下旬，沿津浦鐵路、平漢鐵路南下的日軍，分別占領河北滄州、保定等地。沿平綏鐵路推進的日軍進入山西北部，占領天鎮(zhèn)、廣靈、大同。閻錫山指揮的晉綏軍紛紛向雁門關方向撤退。進駐五臺的八路軍總部指示第一二○師從西面馳援雁門關；第一一五師從東面配合友軍作戰(zhàn)，對從靈丘增援平型關之敵實施攻擊。９月２２日，日軍第五師團（師團長坂垣征四郎）一部首先從靈丘向平型關方向進犯，２３日和２４日在平型關正面及團城口與中國守軍發(fā)生激戰(zhàn)。９月２４日，第一一五師主力冒雨由冉莊向平型關東北的白崖臺前進，在小寨村至老爺廟公路附近山地設伏。９月２５日晨，日軍第五師團第二十一旅團一部進入八路軍的伏擊區(qū)。八路軍利用居高臨下的有利地形，突然發(fā)起猛烈攻擊。八路軍充分發(fā)揮近戰(zhàn)和山地戰(zhàn)的特長，對陷入混亂的日軍實行分割、包圍，與敵進行白刃格斗，殲敵１０００余人，擊毀汽車１００余輛，繳獲一批輜重和武器。９月２４日至２５日，擔任鉗制、阻擊任務的第一一五師獨立團，截斷淶源、靈丘之間的交通線，在腰站地區(qū)打退日軍增援部隊的多次沖擊，殲敵３００余人。平型關戰(zhàn)斗，是華北戰(zhàn)場上中國軍隊主動尋殲敵人的第一個大勝仗，有力地配合了正面戰(zhàn)場的防御作戰(zhàn)。它打破了日軍不可戰(zhàn)勝的神話，振奮了全國人心，提高了共產黨和八路軍的威望。

在平型關戰(zhàn)斗中，由于正面布防的友軍沒有按預定計劃出擊，失去了消滅更多敵人的機會。平型關正面的日軍得到從渾源南下日軍的增援，穩(wěn)住了陣腳。同時，內長城線上的日軍突破茹越口和陽方口，從東西兩側向雁門關迂回。１０月２日，雁門關失守。閻錫山為挽救山西戰(zhàn)局危機，保衛(wèi)太原，決定利用忻口要隘進行正面防御，阻敵南下。蔣介石急調第十四集團軍總司令衛(wèi)立煌率部馳援。１０月６日，毛澤東致電在太原的周恩來等，要他們轉告國民黨軍事當局：敵人占領石家莊后，必將向西進攻，故娘子關、龍泉關兩點須集結重兵，實行堅守，以利太原以北作戰(zhàn)的勝利。閻錫山等根據(jù)日軍分三路南犯的態(tài)勢，把作戰(zhàn)部署劃分為左、中、右三個地區(qū)，并將主力用于中路的正面防御。經商定：中路歸衛(wèi)立煌指揮，右翼各軍（包括一部分國民黨軍隊）歸朱德、彭德懷指揮，左翼歸楊愛源指揮，負責守衛(wèi)石嶺關和太原的預備軍歸傅作義指揮。周恩來參加了忻口戰(zhàn)役的作戰(zhàn)研究。他考察了這個地區(qū)的實際情況后提出，著重正面防堵?lián)p失必大，而勝算小，建議中路地區(qū)以少數(shù)兵力鉗制敵軍，加強側面部署，以主力向東北代縣方面出擊，可收阻敵向南突入之效。但這些意見未被閻錫山等全部采納。１０月１３日，日軍在飛機、大炮和戰(zhàn)車掩護下，強渡云中河，向忻口西北主陣地南懷化發(fā)起猛烈攻擊。中國守軍陣地工事被毀，部隊傷亡慘重。陣地失而復得，得而復失，戰(zhàn)斗異常激烈。在連日鏖戰(zhàn)中，中國軍隊給日軍以很大殺傷，但自身也損失很大，第九軍軍長郝夢齡、第五十四師師長劉家騏、獨立第五旅旅長鄭廷珍等在前線督戰(zhàn)時相繼犧牲。

為了配合和支援友軍的正面防守作戰(zhàn)，八路軍第一一五師主力于晉東北襲擊張家口至廣靈、代縣的交通線，并派獨立團和騎兵營向察南、冀西出擊。第一二○師主力于晉西北襲擊忻口至雁門關、寧武至大同的交通線，并派雁北支隊向長城以北出擊。當忻口正面激戰(zhàn)時，第一一五師和第一二○師各部積極配合，在敵人側翼和后方頻頻出擊，多次截斷敵后方主要交通線，擊毀日軍大批運輸汽車，襲擊敵增援部隊，收復一些縣城，使日軍側背受到嚴重威脅，并不能及時得到糧食、彈藥的接濟。１０月１７日，蔣介石致電朱德、彭德懷：“貴部林師及張旅，屢建奇功，強寇迭遭重創(chuàng)，深堪嘉慰?！保娢闹械摹傲謳煛?，指林彪為師長的八路軍第一一五師；“張旅”，指張宗遜為旅長的八路軍第一二○師第三五八旅。）八路軍第一二九師第三八五旅第七六九團進至崞縣、代縣之間，襲擾敵軍。該團以第三營為主力于１０月１９日凌晨襲擊代縣陽明堡日軍飛機場，毀傷敵機２０余架，消滅敵守備隊１００余人。八路軍各部的積極作戰(zhàn)，削弱了日軍的有生力量，迫使敵人不得不以相當兵力守備后方，這就大大減輕了忻口正面國民黨守軍的壓力。

忻口戰(zhàn)役進行中，沿平漢鐵路南下的日軍于１０月１０日占領石家莊后，迅即沿正太路西進，從東面威脅太原。第二戰(zhàn)區(qū)副司令長官黃紹竑率三個軍在娘子關南北一線設防。１０月１８日，八路軍第一二九師師部率第三八六旅進到正太路南側平定地區(qū)，執(zhí)行配合友軍側擊敵人的任務。國民黨軍隊不能有效阻止敵人的進攻，１０月２６日，被迫放棄娘子關，全線后撤。日軍迅速占領平定、陽泉、昔陽一線。根據(jù)戰(zhàn)局的演變，１０月下旬，八路軍總部率第一一五師師部及第三四三旅由五臺南移，經盂縣、壽陽過正太路進抵和順縣。１０月２２日至１１月初，八路軍第一二九師先后在平定縣和昔陽縣進行七亙村、廣陽、黃崖底等戰(zhàn)斗，取得勝利。由五臺山地區(qū)南移的八路軍第一一五師主力，在昔陽西部、廣陽地區(qū)伏擊向榆次運動的日軍。這些戰(zhàn)斗，共殲敵２０００余人，繳獲一批武器、馬匹和物資，有力地阻擊了日軍的前進，并協(xié)助國民黨軍曾萬鐘部、鄧錫侯部和王奇峰騎兵第四師等突破日軍的包圍，脫離險境。但是，由于從娘子關退守的友軍缺乏統(tǒng)一指揮，不能組織新的有效防御，日軍遂節(jié)節(jié)推進，對太原和忻口形成大包圍。１１月２日，衛(wèi)立煌下令撤離忻口陣地。１１月８日，太原失守。忻口戰(zhàn)役歷時一個多月，殲敵２萬余人。它是抗戰(zhàn)初期華北戰(zhàn)場上最大、最激烈的一次戰(zhàn)役，也是國共兩黨軍隊合作抗日、配合較好的一次戰(zhàn)役。

華北戰(zhàn)場的戰(zhàn)略防御作戰(zhàn)，較好地實現(xiàn)了國共兩黨在軍事上的合作。共產黨不僅提出關于作戰(zhàn)方針的正確建議和意見，而且還以八路軍積極有力的實際作戰(zhàn)行動，配合和支持了友軍的正面陣地防御。盡管國民黨統(tǒng)治集團聽取了共產黨及其他有識之士的一些正確意見，但并沒有改變其基本的路線和方針。它在政治上實行單純依靠政府和軍隊的片面抗戰(zhàn)路線；在軍事上則采取單純防御的戰(zhàn)略方針，對正面進攻之敵進行消極的陣地防御，很少使用較大兵力實行運動戰(zhàn)，因而不能主動地在運動中殲滅敵人。盡管擔任正面防御部隊的許多官兵懷著愛國熱忱，對日軍的進攻進行了英勇的抵抗，但由于受片面抗戰(zhàn)路線和單純防御戰(zhàn)略方針的束縛，難以充分發(fā)揮戰(zhàn)斗力。國民黨軍隊不斷陷入被動，節(jié)節(jié)敗退。在太原失陷以前，平綏鐵路方面的日軍占領了歸綏（今呼和浩特）、包頭；平漢鐵路方面的日軍已占領順德（今邢臺）、邯鄲，進抵漳河一線；津浦鐵路方面的日軍突破德州的防御陣地，進抵惠民、臨邑、高唐一線，準備進攻濟南和青島。日軍控制了太原——石家莊——德州一線的華北廣大地區(qū)后，將作戰(zhàn)重心逐漸轉移至華中戰(zhàn)場。

太原失守前后，日軍繼續(xù)向華中、華北等內地進攻。為了堅持華北持久抗戰(zhàn)，支持全國戰(zhàn)局，１９３７年１１月１３日，毛澤東致電朱德、彭德懷、周恩來、劉少奇等，要求八路軍進一步發(fā)揮獨立自主精神，堅持華北游擊戰(zhàn)爭，力爭山西省的大多數(shù)鄉(xiāng)村，使之成為游擊根據(jù)地，發(fā)動民眾，擴大自己，多打小勝仗，振奮士氣，“用以影響全國，促成改造國民黨，改造政府，改造軍隊，克服危機，實行全面抗戰(zhàn)之新局面”。按照既定部署，八路軍在積極配合友軍作戰(zhàn)的同時，又相機執(zhí)行自己的戰(zhàn)略展開任務。第一一五師一部依托五臺山建立了晉東北的戰(zhàn)略支點；第一二○師依托管涔山建立了晉西北的戰(zhàn)略支點；第一二九師依托太行山建立了晉東南的戰(zhàn)略支點。到１９３８年春，第一一五師另一部依托呂梁山建立了晉西南的戰(zhàn)略支點。這就為開展華北敵后游擊戰(zhàn)爭，建立和擴大抗日根據(jù)地，創(chuàng)造了前進的戰(zhàn)略基地。