1937年，毛泽东44岁。
“要告诉全党，今后没有别的工作，唯一的就是游击战争”
精心布局三个师
1937年9月16日，关于八路军三个师的部署问题，毛泽东复电朱德、任弼时指出：
日寇分两路进攻广灵、灵丘，晋军已放弃大同，绥远全境实际已失，以五台为中心之晋东北日寇将以重兵进据，并继进攻取太原。在此情况下，我三个师已无集中晋东北一处之可能，更无此必要。
拟以115师位于晋东北，以五台为活动重心，暂时在灵丘、涞源，不利时逐渐南移，改以太行山脉为活动地区。以120师位于晋西北，以管涔山脉及吕梁山脉之北部为活动地区。以129师位于晋南，以太岳山脉为活动地区。
9月25日，关于华北工作问题致电周恩来、刘少奇、杨尚昆等，指出：
整个华北工作，应以游击战争为唯一方向。一切工作，例如民运、统一战线等等，应环绕于游击战争。华北正规战如失败，我们不负责任。但游击战争如失败，我们需负严重的责任。
发动全华北党（包括山东在内）动员群众，收编散兵散枪，普遍地但是有计划地组成游击队.
为此目的，应着重于高级干部之分配及独立领导的党政军集体机关之组织。要设想在敌整个占领华北后，我们能坚持广泛有力的游击战争。要告诉全党，今后没有别的工作，唯一的就是游击战争。
同日，致电朱德、彭德怀、任弼时、周恩来并告林彪，提出关于华北八路军作战的战略意见，指出：
拟使用第115师配合国民党军一部，待日军在华北相当深入后，收复灵丘、涞源、广灵、蔚县四县，然后向着大同、张家口、北平线，大同、太原线，北平、石家庄线举行大规模的侧后袭击战，在灵、涞、广、蔚四县建立根据地。如若成功，还可用相当一部进出热河方向，如此或能造成华北战争的新局面，支持相当时期的持久战。
蒋介石、阎锡山关于保定决战、晋北固守的方针，完全是处在被动挨打的姿式下，如无上述部队袭人敌后，决难持久，只有实行上述计划才能变被动为主动。现仅剩下此一着活棋，应向蒋、阎极力建议。
八路军出手不凡
平型关大捷
1937 年9 月中下旬，沿津浦铁路、平汉铁路南下的日军，分别占领河北沧州、保定等地。沿平绥铁路推进的日军进入山西北部，占领天镇、广灵、大同。阎锡山指挥的晋绥军纷纷向雁门关方向撤退。
进驻五台的八路军总部指示第120师从西面驰援雁门关；第115师从东面配合友军作战，对从灵丘增援平型关之敌实施攻击。
9月22日，日军日军精锐坂垣师团（第5师团）一部首先从灵丘向平型关方向进犯，23 日和 24 日在平型关正面及团城口与中国守军发生激战。
9月24日，第115师主力冒雨由冉庄向平型关东北前进后设伏。9月25日晨，日军第5师团第21旅团一部进入八路军的伏击区。
八路军突然发起猛烈攻击，并充分发挥近战和山地战的特长，对陷入混乱的日军实行分割、包围，与敌进行白刃格斗，歼敌 1000 余人，击毁汽车 100 余辆，缴获一批辎重和武器。9月24日至25日，担任钳制、阻击任务的第115师独立团，截断涞源、灵丘之间的交通线，打退日军增援部队的多次冲击，歼敌 300 余人。
平型关战斗，是华北战场上中国军队主动寻歼敌人的第一个大胜仗，有力地配合了正面战场的防御作战。它打破了日军不可战胜的神话，振奋了全国人心，提高了共产党和八路军的威望。
10月1日，毛泽东致电在南京与国民党谈判的中共中央代表秦邦宪、叶剑英和潘汉年，通报平型关战役的战果，并指出：
是役已将敌攻平型关计划破坏，但敌还从雁门关一带进攻。我游击支队正活动于灵丘、涞源、蔚县之间，颇有缴获。敌用大兵团对付我游击队，还不知道红军游击战法。我们捷报发至全国，连日各省祝捷电甚多。
雁门关阻击战
1937年10月18日，八路军第120师358旅716团主力于雁门关以南公路两侧高地设伏，打击往返于大同至代县间的敌运输部队，切断进攻忻口之敌的后方补给线。
当日10时许，日军汽车50余辆满载步兵由北驶入我伏击区，我第716团即以密集火力向敌车队进行袭击，击毁敌部分汽车。正当我与该敌激战时，由阳明堡方向驶来敌汽车 200余辆。我第716团当即以一部兵力阻击该敌，激战至夜，敌又增援，我第716团遂撤出战斗。
此战，共毙伤敌 300余人，击毁敌汽车20余辆。
20日夜，第716团以一部袭取了雁门关，以另一部破坏了广武至太和岭间的公路及桥梁。21日，该团再次于黑石头沟地区设伏。9时许，由南向北行驶之敌汽车 200余辆和由北向南行驶之敌汽车数十辆，同时进入我伏击区，我军随即展开攻击，敌下车顽抗，并在 8架飞机支援下向我反扑。我军居高临下，以猛烈火力歼敌一部，击毁其汽车 10余辆，尔后主动撤出战斗。
从 18日至 21日，我第716团在雁门关以南共毙伤敌 500余人，毁敌汽车数十辆，切断了敌由大同经雁门关至忻口的后方补给线。
奇袭阳明堡机场
1937年10月中旬，奉命于崞县、代县以东地区侧击敌人的第129师先头部队第769团，进至滹沱河南岸苏龙口、刘家庄一带。
该团发现敌机不断由滹沱河北岸的阳明堡机场起落。经周密侦察获悉：阳明堡机场有敌机 24架，并驻有警卫分队和地勤人员共 200余人，机场周围设有铁丝网并构有简单防御工事。
据此，第769团首长决心夜袭敌机场。10月 19日夜，第769团各部分别向预定地区开进。第3营以两个步兵连和机枪连组成突击队，以一个步兵连作营预备队。突击队避开敌警卫分队，秘密进入机场。当接近到距敌机约 30米时，敌哨兵始发觉，我突击队当即按预定计划发起攻击，一部将敌警卫分队压制于掩蔽部内，并打退其连续反扑；一部迅速扑向敌机群，敌机顿时爆炸起火。
此时，敌警卫分队疯狂实施反扑，我突击队与敌展开白刃格斗。经一小时激战，歼敌 100余人，毁伤全部敌机 24架。完成任务后，部队顺利撤出战斗。
这一战斗的胜利，削弱了忻口当面之敌的空中突击力量，打击了敌之空中运输，有力地配合了友军作战。
广阳伏击战
1937年10月，八路军总部为支援国民党军保卫太原，打击日军的进攻锐气，令第115师师长林彪率师部和第343旅速由五台地区南下，协同在正太铁路以南作战的八路军第129师侧击西犯日军。
第115师到达平定西南地区后，为阻击日军向榆次进犯，令第343旅以1个营的兵力在昔阳城西马道岭地区节节抗击，掩护第685、第686团在广阳地区设伏。
11月4日13时许，日军第20师团先头第40旅团第79联队主力4000余人通过八路军预伏区进至松塔，其师团辎重队及1个大队进至广阳地区时，八路军第343旅旅长陈光即令预伏部队突然开火，将日军队形打乱，趁势发起冲击与敌冲杀，展开白刃格斗。经4小时激战，歼日军近1000人。
7日，八路军第129师第769、第772、第771团在第343旅配合下，由第386旅旅长陈赓指挥，又于广阳以东地区设伏。17时许，当由沾尚镇西进的日军先头部队进至伏击区时,设伏的3个团分别向其发起攻击，日军占据村落顽抗，八路军英勇冲杀，经1小时激战,歼日军250余人。
广阳两次伏击战，共歼日军1000余人,缴获骡马700余匹和大批枪支弹药及其他军用品。八路军伤亡 300余人。八路军英勇作战，迫使日军改道西犯，迟滞日军进攻太原的行动达一周之久，援助和掩护了防守娘子关地区的国民党友军的安全撤退。国民党第二战区前线总指挥卫立煌亲自拜会八路军总司令朱德，诚恳地表示：
我知道八路军确实是抗日的，是复兴民族的最精锐的部队，尤其是抗日的方法和经验都非常丰富。