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太原会战期间，八路军在敌后战场有力配合了正面战场部队作战。10月19日夜，八路军129师第769团3营，在阳明堡机场烧毁敌人24架飞机。消息传到忻口前线，起初**不相信。20天后，到忻口、太原轰炸的敌机明显减少，他们才相信了。有些官兵在阵地上振臂高呼：“中华民族万岁！”
十多天后，在太原卫立煌对周恩来说：“八路军把敌人几条后路都截断了，对我们忻口正面作战的军队帮了大忙。要不是娘子关方面的情况变化，我们真能够把板垣师团歼灭一个差不多了。这件事情没有完成真可惜，太可惜了！”
卫立煌又说：“没有把129师调去打阵地战是做对了。阳明堡烧了敌人24架飞机，是战争史上从来没有过的事情，我代表忻口正面作战的将士对于八路军表示感谢，感谢！”
10月25日夜间，黄绍竑给八路军第129师师长刘伯承打去电话：“今天川军在马山村以西受到敌人攻击，损失极大。敌人正向第3军军部固驿铺迂回，我已命令川军王铭章师长率领366旅向柏井驿开进，协同第3军夹击这股敌人。请伯承兄部予以配合。”
刘伯承：“我判断，明日可能有敌人后续部队由侧鱼镇经七亘村通过，继续向石门口进攻。所以，我已命令386旅明日在七亘村设伏，消灭敌人的后续部队！”
黄绍竑：“好！请伯承兄，协助我挽回娘子关右翼的危局。”
刘伯承：“请黄副长官放心，我将尽力指挥所部配合友军作战！”
26日9时许，果然有日军辎重部队在二百多步兵掩护下进入七亘村伏击区。陈赓第386旅第772团3营早已埋伏在这里。战斗瞬间打响，一阵火力集袭后，第3营官兵呐喊着冲入沟底，与日军展开肉搏。两小时激战，以十余人的伤亡取得了击毙日军三百余人，缴获骡马三百多匹的重大胜利。两天后，第3营又在这里设伏，击毙日军百余名，缴获骡马40多匹。
两次伏击日军，把在旧关第3军曾万钟部一千余人，从日军包围圈中解救出来。
11月1日，刘伯承令第386旅第771团在昔阳以东黄崖底设伏，以伤亡30余人的代价，毙伤日军三百多人。两天后，从晋北地区南下的第115师主力，在昔阳以西广阳伏击日军第109师团辎重部队，经四小时激战，歼敌近千人。三天后，刘伯承和刚赶来的徐向前，率第129师在广阳以东的户村设伏，歼敌250余人。
11月6日，被蒋介石急调来增援山西作战的汤恩伯部，到了榆杜便不敢前进。汤恩伯给刘伯承来电话：“刘师长，你们那里的情况怎么样？沁州方向、西河底有敌人来，对我们左侧背威胁很大呀！”
刘伯承说：“我们师的司令部就在西河底，你的左侧北很安全。你的右侧背也没有敌情。从六河沟到石家庄，从石家庄到太原，都有我们的部队。”
汤恩伯又说：“刘师长，目前战局混乱，我想听听你的高见，能否请你到榆杜来一叙。”
刘伯承表示同意。十几天后，汤恩伯一见刘的面，就欣喜地说：“你们的游击战打得好啊！日本人吃不消，日军的攻势被挡住了。”
自9月中旬日军攻陷大同和进攻平型关开始，至11月8日太原陷落为止，坚持近两个月的太原大抗战宣告结束。太原抗战是中国抗战初期抵抗最坚决、最持久、战绩最显著的四大会战之一，它打破了日军企图进行华北平原会战的计划，为中**队主力实施战略转移，部署新的作战，争取了时间。
在这次悲壮的大抗战中，八路军于平型关一战扬名中外；惨烈的忻口血战，消耗日军兵力两万余人，创下了华北战场大举歼敌的记录；太原大抗战之后，八路军在华北初步站稳了脚跟，为以后发展壮大奠定了基础。
太原大抗战，是国共合作抗日的典型战例，也是第二次国共合作的最佳时期，对后来抗日局势的发展，起到了良好的推动作用。
1937年11月15日，在山西沁县八路军总部驻地，八路军副总司令彭德怀会见了几位远道而来的满怀抗日热情的青年。彭德怀详细回答了青年们提出的问题，告诉他们：“第八路军决定永远不过黄河！”即在晋察冀地区坚持抗日。
这时，在延安的**十分自信地宣布：“在华北，以国民党为主体的正规战争已经结束，以**为主体的游击战争进入主要地位。”