随着第一二○师的开拔，八路军总部也在九月六日由朱德率领从云阳镇东进。
八路军总部的出师抗日誓师大会，在云阳镇的大操场举行。大会由八路军政治部副主任邓小平主持。全体指战员跟着朱德一字一句地高声复诵《八路军出师抗日誓词》：“日本帝国主义是中华民族的死敌，它要亡我国家，灭我种族，杀害我们父母兄弟，奸淫我们母妻姊妹，烧我们的庄稼房屋，毁我们的耕具牲口。
为了民族，为了国家，为了同胞，为了子孙，我们只有抗战到底。
我们是工农出身，不侵犯群众一针一线，替民众谋福利，对友军要亲爱，对革命要忠实，如果违反民族利益，愿受革命纪律的制裁，同志的指责。谨此宣誓。”①总部出发的那天，濛濛细雨压住了道路的尘埃，队伍中除总部机关外，还有随营学校的三个团和警卫总部的特务团。
九月十六日，总部到达韩城县芝川镇，决定在这里渡过黄河。先前出发的一一五师和一二○师都是从这里过河的。朱德、任弼时、邓小平、左权等搭乘同一条船，木船在汹涌翻滚的波涛中渡过黄河后，他们就踏上正燃烧着战火的山西大地，开始了新的战斗生活。
朱德在总部出发前一天，给四川的亲属写了一封信。这是他十年来第一次写家信。信不长，但充分反映出他此时的心情和一个革命者的高尚情操。
信中说：
“别久甚念。我以革命工作累及家属本属常事，但不知你们究受到何等程度。望你接信后，将十年情况告我是荷。理书（二哥之子）、尚书（大哥之子）、宝书（朱琦）等在何处？
我两母亲（生母和养母）是否在人间？??近来国已亡三分之一，全国抗战，已打了月余。我们的队伍已到前线，我已动身在途中。对日战争我们有信心并有把握打胜日本。如理书等可到前线上来看我，也可以送他们读书。
我从没有过一文钱，来时需带一些钱来。”②这个月的下旬，他又写了一封家书：“理书、尚书、宝书、许明扬（大姊之子）等现在还生存否？做什么事？
在何处？统望调查告知，以好设法培养他们上革命前线，决不要误此光阴；至于那些望升官发财之人，决不宜来我处；如欲爱国牺牲一切，能吃劳苦之人，无妨多来。我们的军队是一律平等待遇，我与战士同甘苦已十几年，快愉非常。因此，无论什么事都好办??我为了保持革命军队的良规，从来也没有要过一文钱，任何闲散人来，公家及我均难招待，革命办法非此不可。”
③
不久，他的外甥许明扬等随第四十一军来到山西，找到了他，他才知道家里的人因他参加革命而遭受迫害的情况，家中经济非常困难，所幸生他、养他的两位母亲还健在，都已八十高龄。这一年正是荒年，难以度日。他只能向川中好友戴与龄借贷二百元寄到家中，稍尽心意。
朱德率领八路军总部一过黄河，队伍就向同蒲铁路南端的侯{ewcMVIMAGE,MVIMAGE, !09100020_0406_1.bmp}{ewc MVIMAGE,MVIMAGE, !09100020_0406_1.bmp}马镇（今曲沃）跑步前进。到了侯马，火车站里外挤满了人，观看八路军上火车。其中有不少沦陷区逃来的难民，对开赴前线的八路军更抱着强烈的期望。
这时候，华北战场上七八十万国民党军队，在日军进攻面前，除一部分部队进行了抵抗外，大多一触即溃，有的甚至还没有同敌人接触就望风而逃。
日军一路烧杀奸淫，如入无人之境，国民党溃军的纪律也很坏，人民痛苦不堪，心情异常焦急。红军在一年多前曾渡河东征到过山西，许多人对红军的英勇善战、纪律严明留有深刻的印象。因此，八路军东出抗日的消息传出后，关于八路军和朱德总司令的种种传说在民众中广泛地流传开来。有的说八路军已开到山海关。有的说八路军总司令朱德有种种神奇的本领。跟随朱德东进的潘开文回忆说：“在过去对于红军有过深刻印象的山西人民，如今能亲眼看着这支由红军改编的八路军开上抗日前线，自然感到无限的兴奋。八路军渡过黄河，沿同蒲路北进，直到原平下车。
这一路上所过的城镇、车站、村庄，莫不遇到广大群众扶老携幼的夹道欢呼。我们有一列兵车，过太原时，已在深夜十二时，而大批男女群众，特别是东北的流亡学生，都拥挤在车站上，整夜不眠地欢送八路军上前线。”
④
朱德率总部每到一地，当地群众更是热烈欢迎。当时担任八路军政治部民运部部长的傅钟回忆说：“火车在吕梁山东麓、汾河东岸向北开迸，沿途的车站越来越多地站满了欢迎的人群。无论商人、学生、工人、农民，都拼命往前挤，要看看红军——八路军的朱总司令。朱总司令的四川话人们听不懂，但看到那位向人们招手的长者，衣着和别的军人一样，脸色比别人黑一点，像长年辛劳的庄稼汉，面容纯朴，慈祥??人们便以喜悦的神情、亲切的语言，表明自己的感触：八路军的总司令不像国民党军队的长官，老百姓是可以亲近的！这，便是一个伟大的开端，像一座桥使八路军和人民的无穷力量相连接起来。”⑤朱德率八路军总部东进途中，在九月十一日接到国民政府军事委员会电令，将八路军改称第十八集团军，由朱德、彭德怀分任总司令和副总司令。
由于八路军出师后，这个名称已在群众中产生很大影响，所以尽管它改变了番号，但除正式公文外，一般情况下，人们仍习惯地称它为八路军。
那时，国民党军事当局根据战场形势，将临战地区划分了五个战区。八路军到山西参战，山西属第二战区，八路军列入该战区序列，战区司令长官是阎锡山。
阎锡山是一个富有政治经验、手段灵活、具有一套特殊统治办法的地方实力派首领。他服从国民政府的领导，又处处提防蒋介石把势力伸入山西。
他同日本人联系，又拒绝参加日本人在华北发起的“五省自治运动”，并在侵华日军窥伺晋绥时提出“守土抗战”的口号，表示他不反日，只是不让日本人占领他的地盘。他反共，但又佩眼共产党有人才，有办法。所以，他在抗战初期任用一批共产党员和进步人士，采用某些共产党的办法，想利用共产党帮助他“守土抗战”，而又暗中设法抵制共产党。正是这种特殊情况，使他在抗战初期采取了某些开明的措施，有利于山西抗战局面的开展。
九月二十一日清晨，朱德到达山西省会太原。当天下午阎锡山派一名高级参议接朱德到雁门关以西的太和岭口的前线指挥部去商谈。已在太原并同阎锡山见过面的周恩来陪同朱德前去。他们一行乘汽车第二天清晨抵达太和岭口，会见了阎锡山。这次会谈比较顺利。阎锡山允许八路军驻区的群众工作由八路军负责；不好的县长可以更换；允许给游击队发枪；还允许在八路军工作地区实行减租减息。阎锡山也要求八路军帮他抵抗向山西进攻的日军。二十三日，朱德回到在上一天移驻五台县南茹村的八路军总部，把这次谈判的结果报告中共中央。
八路军开到前线后，当地群众迫切希望它能早日参战并取得胜利。彭德怀回忆说：“沿途所听街谈巷议，无不希望红军早日参战。到太原时，人民盼望共产党和红军参战之心更急切。”⑥萧克也回忆道：“有一次，我参加太原一个群众大会，我在会上讲，八路军上前线去，是不会退下来的！就这么一句话，全场掌声雷动，非常热烈。”⑦人民群众的情绪和期望，强烈地感染着八路军的广大指战员。
但是，八路军能不能战胜日本侵略军？有些人因为看到八路军的武器装备比较差，心里还存在着疑问。就是共产党和八路军内部也有人感到不是很有把握，因为面对的敌人是过去没有交过手的，有大炮、飞机、坦克等现代装备的日本侵略军。朱德却信心十足。他综合政治、经济、人贝、武器、交通（包括地形）五个要素，对战争作出全面的、客观的分析，制定相应的战略战术。他认定，日本侵略军在中国不可能得到老百姓的支持。他们对地形不熟悉，对山地作战的训练也不够。虽然武器装备比较好，但武器不是万能的，要在一定条件下才能发挥其力量；同时，它也有可以被制服的方法。再加上日本是小国，兵员和经济力量都有限。⑧因此，他坚定地认为“日本并不是那么可怕的魔鬼”，⑨我们能够打败日军。
正是基于这种分析，朱德、周恩来、彭德怀等决心选择时机，在山西先打一个胜仗，以打击日本侵略军的骄狂气焰，鼓舞全国人民和友军的士气，进一步扩大共产党和八路军的政治影响。在第一一五师担任团长的杨得志回忆道：“朱总指挥和彭副总指挥号召八路军全体指战员以‘与华北共存亡’的决心，兵分两路迎战日寇。一路由贺龙、任弼时同志率领一二○师，驰援雁门关；另一路就是我们一一五师，从侯马乘阎锡山派出的接兵车，沿同蒲路日夜向平型关急进，迎击进犯之敌。”⑩八路军的作战方法，不采取国民党军队那种“节节防御的办法。”朱德后来说：“这样摆起来，要想处处防守，结果什么地方都没有防守得祝”“我们八路军专门打敌人的侧后方。八路军八月渡河，九月参加作战，首先我们就决定把八路军用在敌人的侧后方。”(11)这时，平绥线日军正分两路南下，其中一路由蔚县、广灵、涞源进攻平型关。这一路日军是精锐的板垣师团，刚从日本本土广岛开来，没有经过激烈的战斗，骄横异常，来势凶猛。平型关告急了。
平型关是山西东北部古长城上的重要隘口。关前有一条公路，蜿蜒在群山之间，通向灵丘、涞源，地势险要。九月二十三日，阎锡山电告朱德：二十二日夜间日军忽然奇袭平型关阵地，发生激战，要求八路军配合作战。这时，八路军第一一五师正向平型关附近开进，朱德、彭德怀立刻电令：“一一五师应即向平型关、灵丘间出动，机动侧击向平型关进攻之敌，但须控制一部于灵丘以南，保障自己之右侧”(12)；同时，电告毛泽东：“灵丘之敌于昨晚迫平型关附近，正在激战中。我一一五师今晚以三个团集结于冉庄，准备配合乎型关部队侧击该敌。另以师直属队并一部及独立团出动于灵丘以北活动。”(13)朱德还把一一五师准备进攻和一二○师开进的情况，也向蒋介石、阎锡山报告。
这样，八路军开到了日本侵略军的后方。从此，“敌人的后方就有了我们的队伍了，”“在这以前敌人后方没有队伍。那时我们的秘密敌人不知道，相反的，我们知道他的秘密。在敌人后方发展是不是很困难呢？敌人宣传的那样厉害，大炮、飞机、坦克那么多，结果恰恰相反的，没有过去打仗那样危险，什么道理呢？就是因为敌人那里的群众是我们的。”(14)“从前敌人后方一向是很安全的，几千里路无人搅扰。八路军去了，使敌人的后方不安起来。”(15)八路军开到山西后打的第一仗，便是震惊中外的平型关战斗。
九月二十四日深夜，一一五师主力根据总部命令，在黑夜中冒着倾盆大雨向平型关以东前进，拂晓前抢占了通向平型关的汽车路两侧高地，在这里冒雨设伏。这里是日军开住平型关的必经之地，公路两侧的高地，居高临下，地形很好。上午七时左右，板垣师团第二十一旅团进入该师伏击地。一一五师吹起冲锋号，指战员们立刻向山沟中的日军扑去，战斗开始。朱德后来说：“精锐而骄傲之敌，警戒异常疏忽，我主要部队已进而切断敌由南至北之交通线时，敌尚未发觉。直至我方开始射击，敌才知道。我以迅速进攻之手段，夺取敌之主要阵地。”(16)由于利用有利地形、采取伏击手段、发挥了战役的突然性和近战特点，日军的飞机和大炮也难以发挥威力。经过一天激战，共毙敌一千多人，缴获大量军用物资和日军的秘密文件，其中包括日军华北作战计划及目标的日文地图。“能够取得胜利的原因便是秘密、迅速、坚决，是采用白刃战解决的。”(17)这是八路军第一次同日军作战，是卢沟桥事变以来中国军队对日作战中取得的第一次大捷。捷报传出，举国欢腾。向八路军致敬和慰问的电报、函件从全国各地雪片似地飞向八路军总部、中共中央驻地延安以及八路军驻各地的办事机构。朱德、彭德怀报告毛泽东说：“红军地位已成了神奇古怪的东西。多数国民党军队，特别晋军有专靠红军吃饭样子。”(18)连处在日军进攻直接威胁下的民众也热烈举行庆祝。第二战区副司令长官黄绍纮回忆说：“当时石家庄的人民群众，以无比兴奋的情绪庆祝这个胜利，竟然在那种时候放起鞭炮来，几乎把敌机的空袭都忘记了。”(19)这次胜利对敌后抗日民众也是一个巨大的鼓舞。“群众因之有了信心，敢以很小的队伍来袭击敌人，敌人也因之而胆怯。”(20)毛泽东对这次胜利很满意。二十九日，他致电周恩来、朱德等，表示：“阎必要求我军与他配合来打一、二仗，为了给晋军以更好的影响，如果在确实有利的条件下，当然是可以参加的，但须计算这仅是战役的暂时的局面，根本方针是争取群众，组织群众的游击队，在这个总方针下实行有条件的集中作战。”(21)十月一日，毛泽东又致电正在南京的博古、叶剑英等，向他们通报了平型关战役的结果，并说：“我们捷报发至全国，连日各省祝捷电甚多，其中有蒋介石、杨虎臣[城]、马鸿逵、范长江、龙云、孙蔚如，上海大公报、上海职业救国会，杭州、福州、湖北、广东、陕西、开封各省党部，武汉行营，开封绥靖公暑，浙江、福建各省政府，浙江抗日后援（救国）会等。”(22)“平型关战斗一结束，朱总司令即带领一些同志到一一五师驻地参加总结此次作战的经验教训。”(23)他对前来采访的史沫特莱、周立波、舒群等中外记者分析了日本军队的强点和弱点。他认为，日军的强点：一是武器较好，并善于发扬火力；二是作战顽强，不肯缴枪。他解释说，因为他们杀死我们很多人，怕我们报复，他们的长官就是这样欺骗他们的。三是能按计划行事，退却快，援军也能很快开来。他们的弱点：一是战斗精神差；二是防守时不善于做工事，警戒疏忽；三是爬山不如中国兵；四是胆怯，怕肉搏战。
他阐述了八路军的战略战术，他说：“在战略上，我们打的是持久战，消耗敌人的战斗力量和补给。在战术上，我们打的是速决战。因为我们在军事上比敌人弱，我们永远避免阵地战，而混合使用运动战和游击战，打击敌人的有生力量。同时，我们发展游击战，扰乱、吸引、分散和消耗敌人。我们的游击战给敌人增添了很多困难，这就便于我们的正规部队在有利情况下展开运动战。”(25)不久，他在一次讲话中又指出：“我们以劣势武器要战胜现代化的强敌，在战术上就必须善于灵巧机动的使用自己的兵力和兵器，发挥自己旺盛的攻击精神，选择有利阵地与时机，抓住敌人弱点，集中优势兵力和兵器，采用秘密、迅速的动作，出敌不意，突然袭击，进行肉搏，坚决消灭之，否则即难于成功。”(26)八路军东进时，原定目标是集中向冀、察、晋、绥四省交界的恒山地区挺进。九月十七日，毛泽东鉴于日军的战略计划采取以大迂回的姿势包抄太原，便致电八路军总部指出：“此时如依原计划执行，将全部处于敌之战略大迂回中，”“将完全陷入被动地位。”并依据战局发展趋势，变更战略部署，要求八路军各部准备分别转至管涔山区、吕梁山区，并进入恒山山脉南段活动，将来依情况展开于太行、太岳两山区。(27)这是一个重要的战略部署。
平型关战斗结束后，朱德根据中共中央这一部署，迅速将八路军各部由集中配置改变为分散配置，实行大规模战略展开，并大体划分了各部的工作地域：第一一五师控制五台山、恒山，活动于晋东北，着手创建晋察冀抗日根据地；第一二○师控制管涔山，活动于晋西北，并以一部到冀西活动，这里是即将沦陷的地区，朱德要求该部“在最短期内将群众发动起来，每三天将工作情形电告一次。”(28)九月二十八日，朱德、彭德怀致电洛甫、毛泽东等提议：“敌人深入山西后，我们在山西发展前途，应以山西人民、地形、交通诸具体情形及华北大势来作一总的估计。”他们认为：“黄河北岸以现在情形看，被敌占去极大可能。”“无论怎样，我们应有决心争取晋东西两大山脉，将巩固游击区，使入晋敌军陷入我群众重困中。我们应以一切力量争取抗日运动的扩大。”
他们建议：“一二九师应即出动，暂以娘子关南北为目的，因我已取得相当独立自主的作战原则，且在有利地形条件下，不会被迫决战。在今天局势下红军与敌决战没有好处，但在有胜利把握下，部分袭击敌人，扩大声威，提高友军士气是必要的。”(29)三十日，刘伯承率第一二九师先遣队从陕西富原县庄里镇出发东进。这个师先进入正太铁路以南的平定地区，然后着手创建以太行、太岳山脉为依托的晋冀豫边根据地。此外，八路军政治部副主任邓小平还率领一批干部，前往日军尚未到达的晋西吕梁山地区开辟工作。
这样，八路军各部在山西一带分布的基本格局便大体确定下来。
八路军各部在山西一带实行战略展开后，朱德就命令各部在各自的工作区域内，根据实际情况，独立自主地开展工作：在政治上，着重宣传《抗日救国十大纲领》；在经济上，立即取消苛捐杂税，实行减租减息，并没收汉奸大地主的土地；在军事上，充分发动和组织群众，发展游击战争，并以机动灵活的袭击，求得不断消灭敌军小部，兴奋友军。朱德要求各部要模范地遵守纪律，积极团结友军，帮助他们改变呆板死守的战术；同当地政权机关采取合作态度。(30)各部根据总部指示，向各地派出大批工作团，积极创违抗日根据地，发展游击战争，并陆续派出有力支队向平原及更深远的敌后发展。
八路军从出师东进起，到这时才一个多月，便已在华北抗日前线创造出一个很好的局面。
十月三日，朱德、彭德怀致电蒋介石等，把八路军在山西展开并深入敌后的情况报告他们：除以主力位于平型关、雁门关、朔县一线的两翼侧外，已组织了四个支队，挺入敌人后方。“各该支队均以袭击敌之后方、截击运输连络部、破坏交通道路、发动群众、组织群众、扩大游击战争等为任务。”
“现涞源、广灵、灵丘交通已被我完全截断，敌白天已不敢运输，改由夜间行动。”“据各该支队报称，敌后方极为空虚，民众抗日情绪很高，对我军热烈欢迎与帮助，特此奉闻。”(31)八路军的到来，使山西、河北战地的群众有了凝聚的核心力量。他们在当地共产党组织的号召和领导下，在八路军支持下，纷纷起来组织抗日游击队。
在河北，发展得比较快的是共产党员杨秀峰领导的冀西游击队。杨秀峰原是北平的大学教授。抗战开始后，他根据党组织的指示，以国民政府军事委员会委员长保定行营民训处特派员的名义，带领一批学生来到冀西的赞皇、元氏、临城、内丘、沙河各县发动群众，组织游击队，配合八路军骑兵支队打开被日军占领的临城和内丘两座县城，发展了抗日游击战争。
在山西，中国共产党的工作基础更好，山西牺牲救国同盟会（简称牺盟会）和山西青年抗敌决死队（简称决死队）对推动群众抗日起了巨大的作用。
牺盟会和决死队是中国共产党抗日民族统一战线策略的产物。它们名义上是当时山西地方实力派阎锡山领导的团体和部队，实际上是中国共产党山西省公开工作委员会（薄一波任书记）组建的，是中国共产党领导的革命群众团体和革命武装。九月三十日，朱德、彭德怀曾兴奋地电告毛泽东：“阎决组织新军队几个团，以牺牲同盟为基本，以决死队为骨干，其中主要干部系同志。决死队有政治委员制，权力很大。决死队政纲减租减息、减税减价，已开始撤换旧县长，实现民主。”(416)决死队最早成立的是第一纵队第一总队，相当于一个团；以后发展成一支具有正式番号的五十个团的队伍。当日军深入山西腹地时，在八路军和“牺盟会”、“决死队”的推动下，各地群众纷纷起来组成游击队，广泛发展抗日的武装斗争。
这年九、十月间，担任决死队第一纵队政治委员的薄一波率领第一纵队的第一总队北上五台，准备在那里建立根据地。他在从五台去盂县的路上遇到朱德总司令，向朱德汇报了自己的打算。朱德早就知道薄一波是共产党员，听了汇报后，就很明确地对他说：“你不要在这里，马上离开五台地区。这个地区是个战略要地，形势很好，北上可以威胁北平，南下可直趋太原，是个进可以攻，退可以守的地方。八路军准备在这个地区建立抗日根据地，你们不要在这里了。”朱德还告诉他：“我从延安出来时，毛主席和我谈论过，我们要把军队插到敌后去，创造抗日根据地。现在我们跟日本打的是持久战，和下围棋一佯，先要在敌后沦陷区做出几个活眼，以便在敌后同敌人长期周旋。现在，我们首先要占据晋察冀、晋西北、晋东南这三个战略要地”；“现在给你一个任务：马上率部南下，到晋东南太行山区去，要占据那个地区。”
(33)并且给决死队派来不少军事干部。不久，薄一波在设法取得阎锡山的同意后，便把已开到五台地区的决死队转而南下到晋东南沁县地区。
在日本侵略军的残酷进攻面前，各地群众有着强烈的抗日要求。但是，要把他们的这种抗日要求变成坚强有力的抗日行动，需要进行严密的组织工作。朱德说：“如果群众只有对付日本的心思而没有组织，也就不能抗日。”
(34)为此，八路军派出大批工作团、工作组。这些工作团、工作组所起的作用是很大的。可以这样说：哪里派去了八路军的干部，哪里就会出现生气勃勃的抗日游击队；哪里的群众准备组织游击队，他们也就会要求八路军派干部去。八路军副参谋长左权曾说过：在八路军总部南下越过正太铁路时，有一个伙食班班长，因为在参加长征时受过伤，行动不方便，掉队了。可是，他遵照朱总司令关于依靠群众、组织群众开展游击战争的教导去实践，半年以后，他成了一支有一百多人的游击队的队长，重新与总部取得了联系。(35)这类事例在当时是很多很多的。
作为华北游击战争骨干和支柱的八路军，在刚到前线时，只有两万八千余人，远远不能适应客观形势发展的需要。因此，朱德把扩大八路军的工作放在十分重要的地位，尤其注意吸收爱国学生和知识分子参军。他和彭德怀、任弼时一起发布扩军工作的指示，强调指出：“在持久抗战中壮大本身是极重要的任务。”“我工作人员初到新区域，开始一星期内应以深入宣传，争取个别扩大新战士为最中心工作。”(36)在这个指示中，他们规定各师在两、三个月内应该各组织两个新的团，总部的特务连扩充为特务团，在蔚县地区的独立团扩大为三个团的独立师。并对扩兵的方法以及新兵训练等问题都抓得很紧很细。各师派出大批干部，到自己活动范围的人口稠密的地区进行扩军。到这年底，八路军扩大到八万余人。
八路军已得到这样大的扩充，部队在发展过程中武器装备和物资供应遇到极大困难。朱德有着长期在艰苦条件下带兵、养兵、练兵、用兵的丰富经验。他指示，除向敌军缴获外，各部应该努力收集当时大量遗散在民间的枪枝弹药，可以出款收买，规定一支步枪出十元，一百发子弹二元，轻重机枪和炮酌量决定；所需被服除在西安订制一部分外，由各部自己购布缝制，所需费用，在已恢复或建立政权的地区可以有计划地筹集，包括没收汉奸的财产和罚款、向各地富户进行救国募捐等；同时，强调节俭。经过努力，大体上解决了部队面对的困难。
同国民党军队的不断败退形成鲜明对照，八路军不断地袭击日军，打了大大小小许多胜仗。这就使八路军的威望越来越高，不但人民群众把抗日的希望寄托在它的身上，就是处于困境中的友军也希望得到它的帮助。在华北发动游击战争的初期（主要是太原失陷以前），八路军不但在战略上起着配合友军作战的作用，还在一定程度上担负起战役和战斗中配合友军作战的任务。八路军出师后的短时间内，便成为坚持华北抗战的中流砥柱。
十月上旬，在日本侵略军的猛烈进攻下，国民党军队放弃从雁门关到平型关的内长城防线，退守忻口东西一线阵地。战线南移，忻口会战已成为山西战局的中心。
十月中旬，忻口会战开始。阎锡山调集八万兵力，由刚率部入晋的第十四集团军总司令卫立煌担任前敌总指挥。他还将第二战区的部队分为左翼军、右翼军、中央军和总预备队。右翼军由朱德指挥，主要是留在日军占领区的部队。
忻口会战是八路军同国民党友军配合作战取得较好成果的一次战役。
忻口在太原以北九十公里，境内并没有便于阻击日军的险要地形。朱德说过：“忻口的形势还不及长城的十分之一险要，只不过是一座几十米达高的土丘。”(37)但是，负责正面防守的卫立煌是一个爱国将领，指挥部队进行了坚决的抵抗；八路军则在日军侧后展开，有力地配合了友军的作战。各长城隘口没有挡住的日军，在忻口却被挡住了二十多天。
忻口战役开始前，朱德、彭德怀、任弼时致电中共中央军委，报告了华北形势和八路军的战略方针，指出华北形势危急，友军作战着着失利，但是，尚无军队叛变；八路军发展并巩固了在恒山山脉的根据地。他们在报告中对八路军各部在华北的部署提出一个全盘的打算，指出晋东北、冀西的广大地区虽十分重要，但如果局势“发展到某种不利时期，主力转向晋西或晋东南，此地域只能留适当兵力，派得力干部主持。”表示：“我们目前应以一切努力，争取以山西为主的来支撑华北战局的持久，使友军一下子不过黄河，消耗日寇力量，逐渐提高友军胜利信心，渐次改造友军，推进民主，扩大（八路军）本身。”(38)第二天，毛泽东复电认为八路军总部这个“部署是正确的。”(39)为了支持忻口友军的正面防御，八路军的各部在日军侧后投入了作战，起了重要的战役配合作用。
十月十三日晨，当日军向忻口发起猛攻前，朱德、彭德怀电告第一二○师领导人贺龙、萧克：“敌正集结兵力于忻口以北之平地泉地区，今明日有积极向我忻口镇正面攻击模样”，命令正在该地区附近的张宗逊旅“以灵活动作，配合友军作战。最好从崞县、轩岗间由北向南袭击大牛镇敌之侧背，与轩岗马旅（按：指以马延守为旅长的国民党军独立第七旅）联络。”(40)张旅接到命令后，立刻攻占大牛店，不断袭击进攻忻口的日军的翼侧。一二○师还根据总部命令，派出宋时轮支队，挺进雁门关以北地区，袭击井坪，威胁大同。十八日，一二○师主力在雁门关附近伏击日军辎重部队，给他们以沉重打击，并收复了雁门关，截断了从大同经雁门关到忻口的交通。
对一一五师，朱德、彭德怀在十四日晨电告林彪、聂荣臻：“敌昨十三日猛攻忻口镇一带阵地”，“我张旅主力昨晚攻占大牛店（镇），现正向南攻击前进中。”命令他们：“着徐（海东）旅派乓一团占领平型关，相机袭占团城口、大营镇，其主要任务袭击汽车，破坏道路”；“杨（成武）独立团一营在涞源地区活动外，主力应向灵丘、广灵之间活动。”(41)徐海东、杨成武接到命令后，在小寨附近截击日军汽车队，夺回平型关、团城口、沙河、大营等地。徐旅组成的东进纵队深入冀西，向平汉铁路发展。杨独立团和师直属骑兵营组成东北挺进支队，向察（哈尔）南、冀西地区出击，直到北平外围，先后收复涞源、广灵、灵丘、蔚县、曲阳、唐县、定县七座县城，切断了从张家口经平型关至忻口的交通线，使日军难以迅速调动第二线部队增援忻口作战。
这样，雁门关和平型关这两处要隘先后被一二○师和一一五师分别收复，使大同和张家口向忻口日军运送人员、物资的两条通路一度都被八路军截断。八路军还对这两条通路不断发动袭击。朱德说：“敌人受了平型关的教训，还没有马上变他的战略战术，他还是老一套，车子日夜的运，所以我们每天打，打的他不敢走。”(42)前线日军只能主要靠空运来维持需要，战斗力大大削弱。
但是，日本飞机的活动仍很猖獗，除运送物资外，还不断轰炸，使友军遭到很大损失。如何消灭日军这些飞机，已成为坚持忻口会战中迫切需要解决的问题。这时，一二九师三八五旅以陈锡联为团长的七六九团已到达前方，暂由总部直接指挥，被部署在阳明堡、崞县之间。十五日，朱德、彭德怀致电友军李默庵部，透露了准备袭击阳明堡日军机场的意图，要求李部抽出一部分兵力，协助破坏道路，并袭击日军，以便八路军这个团能“相机破坏其飞机潮，“袭其降落之飞机而焚毁之。”(43)十九日，陈锡联团一个营乘黑夜突然袭击阳明堡日军机场获得成功，一举焚毁日机二十余架。这个消息由八路军总部转告友军。友军最初还不相信它是真的。可是，第二天日机没有来，第三天也没有来。再由太原派出侦察机到日军机场侦察后，才证实了这个消息。
以前日军在华北的进攻几乎是长驱直入，汽车在公路上奔驰，几乎不需要设防。经过八路军多次袭击后，不敢再这样了，只能慢慢地前进，每处桥梁和支点都要用部队防守，给养也难以充分供应。十来天内，情况就发生明显的变化。这对正面防守忻口的友军，自然是有力的援助。
忻口战役是抗战初期华北战场上作战规模最大、对日军打击最沉重的一次战役。正面守军卫立煌部作战很英勇，该部第九军军长郝梦麟、第五十四师副师长刘家骐等高级将领都在前线壮烈牺牲。但是，如果没有八路军在日军侧后积极活动，截断他们的交通线，正面友军也很难坚守二十一天之久。
朱德在总结这次战役的经验时指出：
“我军以配合由卫总司令指挥扼守忻口正面英勇抗战之军队作战，分派许多游击支队在敌主要后方连络线上到处袭击，断绝敌之交通。”“（日军）前送后送之人马车辆材料多被我杀伤破坏，甚至完全断绝。沿途被我杀伤的人马不亚于正面战线上的伤亡”；“这一时期中，虽未能达到将敌大同、崞县间后方交通线完全断绝之愿望，但敌已陷于十分困难之境地。敌每后送或前送一次车辆，空中必用飞机掩护，陆上则配以工兵、骑兵，车上装载步乒，装甲车等随行掩护，并盖铁甲。虽然如此，仍不断受我袭击。最后，敌不得不用飞机接济弹药粮秣。贵族军队的日本‘皇军’也因为牛肉和饼干来源断绝而不得不尝尝小米滋味，官兵相对哭泣。”朱德还从战略的高度对游击战争在对日作战中的作用进行了总结，指出：“要使劣势的兵力与兵器，在持久的阵地战求得胜利，战胜高度技术的敌人，就必须在敌人的后方，特别是在其主要连络线上积极动作起来，断其交通，绝其供给。须知愈是机械化部队，愈须依[靠]好的后方供给，一旦供给断绝，其机械部队则复成死的机械了，而减少对正面战斗的威力。同时，由于在其后方连络线之积极活动，又使敌不得不从前线抽出足够的兵力以维护交通，而这些兵力又非步兵不行，故可分散敌正面作战之突击力量。”(44)在忻口会战期间，朱德、彭德怀、任弼时还有一个重要的贡献，就是提出了在八路军恢复政治委员的制度。当红军改编为八路军时，因为受到国民党当局的干涉，一度取消了政治委员制度，将各师的政治部改称政训处，使政治工作遭到削弱，十月十九日，朱德、彭德怀、任弼时联名致电中共中央：“部队改编，政治工作人员的公开地位降低职权，因而影响到政治工作人员积极性降低，政治工作已开始受到若干损失；而在各级指挥方面，仍有个别同志因改单一领导不大接受他人意见，多数单一首长感自己能力不够，致使军队建设上也受某些损失。”“需积极的从组织上得到适当的解决。”
“团以上或独立营执行党代表制度，争取党代表名义的公开，党代表职权一般与过去政委相同，应是负责保证党的路线与上级命令之执行，领导政治工作和党的工作，对党及政治工作有最后决定权力。”“旅应设政治处”，“师政治[训]处改为政治部，连仍为指导员。”(45)十月二十二日，洛甫，毛泽东复电朱，彭、任，邓并告周恩来：“关于恢复政治委员及政治机关原有制度，我们完全同意，请即速令执行。惟党代表名义不妥，仍应名为政治委员，将来国民党采用党代表制时，我军方可改为党代表。”二十四日，八路军总部以转发中共中央决定的方式，把恢复原有政治工作制度精神下达各部，并向中共中央军委先后提名任命了各师、旅的政治委员，由聂荣臻兼第一一五师政委，关向应兼第一二○师政委，张浩兼第一二九师政委，保证了八路军各部工作的顺利开展。
日军进攻山西的主力本来用在晋北一线，但因在忻口受阻，就转而以七八万兵力沿正太铁路向晋东进攻。这一路的中国守军战斗力较弱。十月二十八日，晋东门户娘子关陷落。
当娘子关告急时，朱德急令刚到山西的第一二九师主力和一一五师一部星夜驰援。但是，八路军还没有赶到，娘子关的第一道天险就已失守。陷于日军包围中的友军曾万钟部一千余人被一二九师救出。同时，还援救了其他一些友军部队，并收容了他们的大批溃兵和伤兵，对伤兵进行了必要的治疗，然后，把他们集中送还给各友军部队。这些援救工作，加强了八路军和友军的团结合作。
娘子关失守后，忻口的后路有被包抄的危险。十月三十一日，阎锡山下令放弃忻口。十一月二日，北线数万守军撤离忻口阵地，退守太原一带。这时，西进日军本来可以从娘子关沿正太铁路直捣太原，切断忻口中国军队的退路。但由于八路军不断截击，使日军西进时步履艰难，进展缓慢。朱德这样说：“我们有×个团，就从敌人后面去抓，要把敌人抓住，也就等于进攻。
用进攻抓住敌人，使他不能继续前进，这就叫作我们的防御。”(46)其中比较重要的战斗有：七亘村伏击战，共歼日军四百多人，缴获骡马三百多匹。
黄崖底伏击战，歼日军三百多人，毙骡马三百多匹。
第一次广阳伏击战，毙伤日军近一千人，俘三人，缴获骡马七百多匹、步枪三百多支和大批军需物资。
第二次广阳伏击战，歼日军二百五十多人。
由于八路军的伏击，迟滞了日军的西进，帮助忻口和太原的国民党友军获得向南转移的宝贵时间，免受更大的损失。
几十万国民党军队从华北各地撤退，迅速改变了战场形势，八路军总部和一一五师主力不宜仍留在晋东北一隅，当娘子关告急时，朱德命令一一五师主力和一二九师驰援该地，随后在正太铁路以南迟滞日军西进。他自己也率八路军总部南移，在十月二十六日在寿阳景尚村越过正太铁路。这样，八路军在阻击日军同时，完成了将主力南调的部署。
十一月八日，太原失守。这标志着华北战局发生了重要变化。朱德等对这一点看得十分清楚。他们在给洛甫、毛泽东的电报中写道：“太原已失，东西两线友军溃乱不堪。”“山西正规战争已开始结束，开始游击战争的新阶段。”(47)在这种新的情况下，八路军显然将成为坚持华北抗战的主体。
太原失守的上一天，朱德已率领八路军总部转移到晋东南和顺县的石拐镇。石拐是正太铁路以南的一个小镇，离战区不远。八路军总部到来前，这里人心惶惶，颇为冷落。八路军总部移驻此地后，人心重新安定下来。当时随八路军总部采访的美国记者史沫特莱十一月九日记载：“这一地区正在组织游击队。离八路军总部四里远的一个镇子上已有了三百名游击队员。在另一个方向，离这里五里远的那个村子里则有一支二百名阳泉矿工组成的民兵。
“离这儿几里远的地方还住着八十名满洲的义勇军战士。
他们全都是从北平来的学生。
“由著名作家丁玲率领的战地服务团已经来到八路军总部。服务团在群众和战士中间开展各式各样的宣传工作??今晚，战地服务团在街头演出。服务团把一个城门口当作剧常他们在城门口修起一个六英尺高的舞台，拉起红色帷幕，并公布上演的剧目。城门前的街道上和稍远处的十字路口都挤满了群众和我们的战士，周围屋顶上也出现了黑压压的人群。舞台上的灯光就是两盏古旧的挂灯。
“一个演员，手打竹板，出现在帷幕前面。他运用那种传统的说唱形式，宣传中国共产党的十大原则。(48)他用韵文把十大原则讲完，然后再逐条加以发挥。他的表演使观众们不断发出阵阵笑声。下一个“节目”是一位手执乐器的盲人。他来到一户人家。给大伙唱了中国各条抗日战线的情况。他说，他还给大伙带来了八路军，也就是‘朱——毛红军’的消息，也有阳泉矿工游击队的消息。他还唱出了他们跟日军交战的场面。
“今晚，有两个人从满洲学生所住的村庄里来到八路军总部看望我们。
这批学生部是从太原来的，沿途步行着寻找八路军总部。他们听说八路军总部在山西、河北交界处，所以他门找遍了晋东一带地方。他们想参加八路军，去打日本人。”(49)到石拐镇来找朱总司令的，还有曾参加过西安事变的两个东北军的师长，一个是原一二○师师长张廷枢，另一个是原一一○师师长张政枋。他们准备以东北流亡学生为骨干，拉起一支队伍，打回老家去。在太原时，周恩来曾同他们谈过话，并写了一封信介绍他们来找朱德，朱德热情地接待了他们，并告诉他们，东北军第五十三军万福麟部已从前线溃退，要他们把这部分溃兵收容起来，把成分好的留下，作为建立军队的基矗委派他们两人为这支部队的正、副司令，并派在八路军总部工作的周桓去当政治部主任，嘱咐他们一定要废除旧军队不民主的军阀制度，搞好官兵关系，搞好纪律，爱护老百姓。可惜，由于溃兵不听指挥，这两位师长又都是旧军官出身，队伍抓不起来。下一年一月，这些溃兵一部分由川军解决，另一部分被八路军收编。(50)十一月十一日，朱德在石拐镇八路军总部召开领导干部会议。除朱德、彭德怀、左权等外，已转移到正太铁路以南的一一五师师长林彪、一二九师师长刘伯承和山西新军决死队负责人薄一波等参加了会议。
会议讨论了太原夫陷后的形势、兵力部署和进一步发动群众、广泛开展游击战争、建立抗日根据地等问题，决定：一一五师除聂荣臻率领一部留在晋察冀创建根据地外，主力迅速转移到汾河流域和晋南，进行群众工作，并留一部在太行山，配合一二九师在晋东南创建根据地；一二○师仍在晋西北同蒲铁路北段活动。这时，决死队第一纵队已由一个总队（团）发展成三个总队和两个游击团，薄一波并被阎锡山任命为山西第三行政区主任和决死队第一纵队政委。他在会上提出，第三行政区主任公署和新军是否可以去掉“山西”这顶帽子，直接归共产党、八路军领导。朱德立刻明确地说：“不行！
我们同阎锡山搞抗日统一战线，讲得很清楚，要帮助他抗日。现在统一战线建立了，我们不能随便把他一脚踢开。共产党是讲道义的。对于阎锡山，弃之则不义。”并且耐心地解释说：“现在，你门在政治上和军事上都在共产党的领导之下嘛！军队也受八路军指挥，只不过戴阎锡山这顶帽子而已，这样做有许多便利之处咧！你有什么困难，我们可以帮助解决。”(51)为了帮助决死队成长，朱德还派毕占云(52)去决死一纵队当参谋长。鉴于当时国民党军队大批撤退，影响了华北一部分人民的抗日信心，八路军总部及时提出：“坚持华北抗战”，“坚持山西抗战”，“八路军誓与山西人民共存亡”，“创造抗日根据地”，“开展游击战争”，“变敌人后方为前线”(53)等鼓舞人心的口号，决心和华北人民共同坚持敌后抗战。
石拐会议后的第二天上午，朱德率领总部向晋南的洪洞、临汾一带转移。
在转移途中，每到一地，朱德都要同群众见面和讲话，鼓舞大家的抗日斗志。
十一月十二日，朱德率八路军总部并带了两名日军俘虏来到榆社县郜村，使当地居民兴奋不已。曾同朱德见过面、谈过话的人，更是滔滔不绝地告诉别人：朱德如何朴素、坦率和真诚。十三日晚，在榆社县县城宽敞的文庙内召开群众大会。朱德在会上讲了话。史沫特莱记载道：“当朱德从人群闪让开来的地方向前走的时候，全场的人们全都站起来，高唱中国歌曲。这时候，你就可以看到八路军总司令朱德是怎样受到人们热情欢迎的场面。当地的和邻近城镇的游击队、县城的警察、山西军的一个连、当地的救国会以及全体居民都在欢迎他。”(54)朱德讲话时声音不高，但充满了赤诚的感情。他讲了在晋北，八路军怎样在人民群众的帮助下打击日本侵略军，讲了人民群众如何同八路军一起打击侵略军的办法，讲了日本军国主义者同日本人民的区别，讲了世界形势，大家全神贯注地听他讲话。
“这时候，天色已经全黑。他就站在黑夜里讲话。全场上人人聚精会神，鸦雀无声。他说，从一些战死的敌军口袋里还发现了日本共产党的声明。这份声明向日本士兵指出，中国人不是他们的敌人，他们真正的敌人是日本军国主义者。他说，由此可以看出中国得到许多国家和很多日本人民大众的支持。‘有了这样的帮助，我们中国人民能够而且必须打败敌人，赢得胜利’。”
(55)
朱德讲话后，一位日军俘虏也讲了后，表示：“我们日本士兵不要打仗”；“八路军待我比我的战友还要好。以后，我要和中国人民站在一起，反对我们日本的军国主义者。”(56)十一月十四日朱德率总部抵达武乡县段村，十五日抵达沁县开村，十六日抵达沁源县官军村，十七日抵达沁源县城，二十日抵达安泽县白素村，二十一日抵达洪洞县苏村、二十二日抵达韩家庄，二十五日抵达高公（功）村，十二月三十日把总部移驻洪洞县的马牧村。(57)在洪洞时，朱德处理了八路军内部的许多重要事情，如组建炮兵团，培训干部等，还接待了许多慕名来访的国内外人士，其中有美国女记者安娜·路易斯·斯特朗，美国海军军官埃文斯·福代斯·卡尔逊等，他们对朱德和八路军非常钦佩。“美国军人卡尔逊竟至对这位中国人产生了敬爱之心，这种感情只有对他的父亲才产生过。他的整个生活从此以朱德为榜样而重新开始。”(58)后来，卡尔逊学习八路军的办法训练了一支部队，在南洋一带同日军作战，取得很大的成功。(59)斯特朗离开后，也写了许多关于八路军的报导。
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