外，還部署第2、第5，第8軍分區部隊，分别在同蒲路北段、雁北地區及津浦路沿線進行鉗制活動，晉察冀軍區右縱隊（轄第5、第19團）負責破擊正太路娘子關至亂柳段。
20日至27日，該縱隊兩度攻占娘子關、兩次攻入磨河灘、移穰車站，并攻入巨城，炸毀了岩會附近的9孔大石橋、移穰東面的8孔石橋以及程家隴底、西武莊間的石橋，燒毀程家隴底以東木橋。
中央縱隊（轄第2、第3、第16團）負責破擊正太路娘子關（不含）至微水段和井陉煤礦。
20日夜，該縱隊對井陉煤礦的崗頭老礦和東王舍新礦同時發起攻擊，在礦工幫助下，切斷電源，迅速攻入新礦，第2天下午全殲守敵，并對煤礦進行破壞，使其半年以上不能恢複生産。
同時，攻占賈莊、南正、蔡莊、地都，攻入北峪，南峪等日軍據點，并破壞了南正至微水間鐵路，炸毀乏驢嶺鐵橋及北峪石橋。
左縱隊（轄冀中警備旅第2團、軍區特務團、平井茯支隊）負責破擊微水至石家莊段。
20日夜，該縱隊攻擊岩峰，爆破鐵路；破壞岩峰至威州電線、公路。
22日夜，攻擊上安車站。
23日夜，攻擊頭泉車站。
随後撤出鐵路沿線，25日至27日，破擊平山、獲鹿、微水、岩峰間公路。
第129師在師長劉伯承、政治委員鄧小平指揮下，以10個步兵團、3個獨立營、4個工兵連，分别組成左翼破擊隊、右翼破擊隊、平和支隊和總預備隊（即中央縱隊），擔負正太路西段的破擊任務，另以28個團及廣大地方武裝分别從冀南、太行、太嶽向平漢、白晉、同蒲路和邯長公路等進行廣泛的破擊，策應正太戰役。
第129師左翼破擊隊（轄第386旅第16團、決死第1縱隊第38、第25團等部）負責破擊正太路壽陽至榆次段，曾攻入蘆家莊車站，連克碉堡4座，将守敵大部殲滅，炸毀了蘆家莊至段廷之間的所有橋梁，并攻占了上湖、和尚足、馬首車站。
右翼破擊隊（轄新編第10旅第28、第30團等）任務是破擊正太路陽泉至壽陽段。
20日晚至23日，攻克桑掌、燕子溝、狼峪、芹泉、坡頭、辛莊、寨魚、鐵爐溝、小莊、張莊等車站、據點。
總預備隊（轄第385旅第769、第14團、第386旅第772團）于22日和25日兩次強襲平定西南冶西之敵，占領冶西，将落摩寺日軍圍困10天，到8月31日将其全殲。
為掩護師主力破擊作戰，戰役開始時，總預備隊第14團即占領獅垴山。
獅垴山位于陽泉西南4公裡處，占領該地可以控制陽泉以西十幾公裡的鐵路線，對陽泉構成嚴重威脅。
日軍獨立混成第4旅團為挽救其守備部隊被各個殲滅的命運，扭轉陽泉的被動局面，集中陽泉日軍，并武裝日本僑民，共數百人，連日猛攻獅垴山。
至26日，第14團在堅守6晝夜，殲敵400餘人之後，主動撤出獅垴山主峰。
第120師在師長賀龍、政治委員關向應指揮下，以2個步兵團破擊同蒲路忻縣至甯武段和忻（縣）靜（樂）公路，以3個步兵團破擊同蒲路甯武至朔縣段，以3個步兵團破擊神他至五寨間公路，以1個步兵團圍困岚縣地區之敵，以1個步兵團圍困離石以北地區之敵、以9個步兵團破擊太（原）汾（陽）公路和汾離公路，以1個步兵團在離石、軍渡間打擊敵人。
至8月31日，先後攻克北龍泉，康家會、豐潤村、陽方口等據點，切斷同蒲路北段和忻靜，汾離、太汾等公路。
在破擊正太路、同蒲路的同時，八路軍在地方遊擊隊和民兵配合下，對華北其他各主要鐵路、公路，進行了廣泛的破擊，并攻克一些據點，殲滅部分敵人。
北嶽各軍分區部隊破擊了平漢路北段及邊區周圍日軍據點，冀中區動員10萬以上群衆，配合八路軍部隊對平漢，津浦、德石、北甯等鐵路線及境内公路進行了反複的破擊；冀東地區軍民破擊了北甯路及境内公路，一度襲入唐山市，攻克趙各莊、唐莊子等據點，冀南軍民破襲了元氏至安陽段的平漢路，遲滞了日軍修築德石路的進程。
太嶽軍民破擊了白晉路和同蒲路南段。
在八路軍突然猛烈攻擊下，正大路沿線的日軍在數日内聯絡中斷，情況不明，陷入混亂狀态。
但在查明情況後，即緊急調集兵力，進行瘋狂反撲。
在正太路西段，日軍從白晉路沿線和同蒲路臨汾南北段，抽調第36、第37、第41師團各一部，配合獨立混成第4、第9旅團向八路軍第129師反擊，在正太路東段，日軍從冀中、冀南抽調兵力約5000人，增援至石家莊，娘子關及其以北地區，配合獨立混成第8旅團向晉察冀軍區部隊反擊。
反擊之敵采取東西對迸，企圖重新打通正太路。
在同蒲路北段，日軍也開始進行反擊。
8月26日，八路軍總部根據敵情變化，下達了第二步行動方案，指示在正太路不能繼續堅持作戰，或已徹底完成正太戰役任務的情況下，行動方針是乘勝開展正太路兩側戰鬥，力求收複深入各個根據地内的某些據點，繼續堅持正太路的遊擊戰。
具體部署是：晉察冀軍區以3個步兵團堅持正太路壽陽至石家莊段沿線的遊擊活動，以4個步兵團力求收複上社、下社以北各據點，并向盂縣、壽陽以北，定襄、忻縣以南開展遊擊活動，第129師以2個步兵團堅持陽泉以西正太路沿線和榆次、太谷地區的遊擊活動，以4個步兵團破擊平（定）遼（縣）公路，相機收複遼縣、和順兩城；第120師以5個步兵團破擊同蒲路忻縣至太原段。
9月2日，日軍第36、第37、第41師團和獨立混成第4、第9旅團各一部，共8000餘人，合擊正大路南側安豐、馬坊地區的八路軍第129師。
第129師以4個團的兵力英勇抗擊日軍，殲滅日軍200餘人，掩護了師領導機關的安全轉移。
9月6日，第129師上述部隊于榆社西北雙峰地區，将日軍1個大隊包圍，激戰一晝夜，殲其大隊長以下400餘人。
同日，第385旅于張建設伏，重創向遼縣撤退的日軍，與此同時，晉察冀軍區乘日軍集中兵力向正太路南側反擊，北側較為空虛之機，以主力4個團向盂縣周圍日軍出擊，收複會裡、上社、下社等6個據點，殲敵200餘人，9月上旬，活動于正大路東段的晉察冀軍區第3團和第4軍分區特務營等部，