南下，對駐興縣的第120師領導機關形成包圍态勢，為打破日軍企圖，第120師機關率第358旅由興縣及其以北地區轉移至興縣西南的曹家坡、張家圪台地區。
30日，窯頭北上日軍與岚縣西進日軍進占興縣，再次撲空。
7月1日，第120師判斷反“掃蕩”已達末期，興縣日軍有可能向東撤退，決心集中第358旅，獨立第1旅及獨立第3、第5支隊于興縣以東二十裡鋪附近地區，伏擊東退日軍。
命令獨立第2旅尾追保德向岢岚撤退之敵，并以一部轉至興縣東北地區阻擊興縣日軍向岢岚撤退。
7月3日，第358旅由康甯鎮西北到達馮家溝地區，獨立第1旅及獨立第5支隊到達明通溝以南地區。
4日，師部進至羊灣子指揮戰鬥。
4日8時，興縣日軍2000餘人沿大川向東撤退，11時進入二十裡鋪伏擊區。
獨立第1旅第2團和第715團占領明通溝至奧家坪以南伏擊陣地，立即向日軍發起攻擊，日軍遭突然襲擊，傷亡慘重，被迫展開，進行頑抗。
17時，第358旅趕到加入戰鬥，反複向日軍猛攻。
但因北面空虛未能形成包圍，且各部加入戰鬥先後不一，未能形成同時的突然攻擊，緻使日軍固守村莊頑抗，難以迅速解決戰鬥。
4日晚，由保德南撤之日軍1000餘人到達興縣，5日晨繼續東撤，企圖與興縣東撤日軍協力向東突圍。
此時，第120師預料難以全殲日軍，遂以一部尾擊、側擊撤退之敵，主力撤出戰鬥。
二十裡鋪戰鬥，殲滅日軍700餘人，再次予日軍以沉重打擊。
第120師傷亡430餘人。
7月6日，日軍全部撤退。
晉西北抗日根據地軍民1940年夏季反“掃蕩”作戰，曆時月餘，共作戰250餘次，殲滅日僞軍共4500親人，收複興縣、臨縣、方山、保德、河曲等縣城。
第120師及新軍部隊共傷亡2039人。
反“掃蕩”作戰勝利後，11月7日成立了晉西北軍區，賀龍任司令員，關向應任政治委員，下轄6個軍分區。
至此，晉西北抗日根據地已擁有東起平綏路大同至集甯段和同蒲路大同至平遙段，西至黃河，南迄汾離公路，北至大青山的廣大地區。