麵對國民黨的軍事進攻，抗日根據地軍民在中共中央領導下，奮起反擊。陝甘寧邊區軍民克服國民黨軍封鎖的重重困難，繼續堅持抗戰；八路軍部隊嚴厲打擊進犯的國民黨軍，驅逐了綏德等5個縣的國民黨官吏，使陝甘寧邊區和晉西北根據地連成一片。晉西北的八路軍於1940年1月發起反攻，2月全部肅清該地區進犯的國民黨軍。晉東南新軍除決死三縱隊被反動軍官拉走外，其餘編入八路軍第一二九師和第一二。師。太南和太嶽區八路軍恢複了失去的部分地方。晉察冀部隊消滅了進犯閻北的閻錫山部隊一個師，將另一個師趕出該地區。在冀南豫北，八路軍第一二九師於1940年2月發起反擊戰，消滅石友三軍一部，將另一部逐出冀南。3月5日至8日，八路軍第一二九師主力及晉察冀軍區一部發起磁武涉林戰役，殲朱懷冰等部1萬餘人。山東根據地軍民在魯西和魯中進行反擊戰，殲滅石友三、沈鴻烈、秦啟榮軍各一部。至此，國民黨發動的第一次反共高潮被徹底打退。
在有力地打擊國民黨頑固派的軍事進攻後，中國共產黨以抗戰大局為重，主動停止戰鬥，釋放俘虜，並派代表先後同第二、第一戰區司令長官閻錫山、衛立煌進行談判，達成了劃定駐區、分區抗戰的協議：以臨（汾）屯（留）公路和長治、平順、磁縣為界，以南為國民黨軍駐區，以北為八路軍駐區；以汾河為晉東南和晉西南分界線，以汾陽經離石至軍渡公路為晉西北與晉西南分界線，晉西南為閻錫山軍活動地區，晉東南、晉西北為八路軍與新軍活動地區。
八路軍反"掃蕩"作戰抗日戰爭進入相持階段以後，日軍決定在華北進行大規模"掃蕩"作戰，以維持華北治安，確保主要交通線。為此，日軍抽調重兵，擴充漢奸武裝團體，並在1939年1月至1940年3月，連續發動三次"治安肅正"作戰，以達到徹底消滅敵後抗日根據地的目的。敵後抗日根據地軍民，在黨的領導下，展開了大規模的反"掃蕩"作戰。
在晉察冀邊區，1938年11月至1939年1月，日軍集中2萬餘兵力，從平漢、津浦線分兵多路，兩次圍攻冀中地區，占領大部分縣城。1939年1月下旬，賀龍、關向應率八路軍第一二○師主力馳援冀中，並組成以賀龍為書記的冀中軍政委員會和以賀龍為總指揮、關向應為政委的冀中總指揮部，統一領導反"掃蕩"作戰。4月23日至25日，第一二。師主力和三縱隊一部共7個團兵力，由賀龍指揮，在河間縣齊會村舉行齊會伏擊戰，殲敵700餘人，首次取得平原殲滅戰的勝利。第-一二○師在冀中區前後8個月，共進行大小戰鬥116次，殲敵4900餘人，部隊由6300餘人擴至1.9萬餘人。9月27至29日，由冀中轉移到北嶽區的第一二○師主力，在靈壽縣陳莊設伏，殲敵1200餘人，取得陳莊大捷。陳莊慘敗後，日軍於1939年10月糾集精兵2萬餘人對北嶽區發動大規模"掃蕩"。11月7日，八路軍在淶源附近黃土嶺設伏，殲日軍900餘人，號稱"名將之花"的日軍獨立混成第二旅團旅團長阿部規秀斃命，這是日本在侵華戰爭以來陣亡的最高將領。自10月至12月，八路軍作戰108次，殲敵3600餘人，徹底擊敗了日軍的這次"掃蕩"。在冀察熱地區，1939年1月成立了冀察熱挺進軍，統一指揮平西、冀東、平北地區武裝鬥爭。從2月至6月，粉碎日軍三次"掃蕩"，殲日偽軍2000餘人，保衛和擴大了平西抗日根據地。到1940年，晉察冀邊區已發展到正太、石德路以北，張家口以南，山海關以西，同蒲路以東廣大地區，劃分為北嶽、冀中、平西、平北、冀東5個行政區。