1940年2月上旬，八路军第120师主力由晋察冀边区返回晋西北抗日根据地后，根据中共中央和八路军总部关于把晋西北建成连接陕甘宁边区和华北的“战略枢纽”的指示，部署所属部队，积极开展晋中平原和同蒲路北段的抗日游击战争，以巩固晋西北抗日根据地。同时，加强大青山根据地的斗争，并向绥东发展。从4月起，第120师进行整编和补充，主力部队共补充12万余人，充实了编制。阎锡山发动晋西事变被粉碎后，为统一晋西北新军的领导，成立了晋西北新军总指挥部，以续范亭为司令员，罗贵波为政治委员。新军的作战行动统一受第120师师部指挥。新军整军后，共辖暂编第1师、决死第2纵队、决死第4纵队、工卫旅共10个团，1.2万余人。实际上成为由中共领寻的一支人民军队。
1940年2月下旬，日军先后出动5000余人，分路“扫荡”五寨，临县、方山、文水和交城以西等地区。其目的在于侦察晋西北八路军的情况，为以后进行大规模“扫荡”作准备。5月，日军在晋西北抗日根据地周围部署了独立混成第3、第9、第16旅团和第26师团一部，共2.5万余人，从5月下旬开始，修筑公路，增设据点，运输物资，井派特工人员潜入根据地进行侦察。日军企图乘八路军第120师返回晋西北不久，集结重兵，一举摧毁晋西北抗日根据地，歼灭八路军第120师主力。第120师针对日军的动向。制订了作战预案，并协助群众进行空室清野，决心粉碎日军的“扫荡”。
5月底，日军开始调动兵力。日军第1军在驻蒙军配合下，将第26师团一部由大同、平鲁、朔县等地向偏关地区集结；独立混成第3旅团由崞县、代县等地向五寨、神池、宁武地区集结，独立混成第9旅团由忻县、太原等地向静乐、河口、古交地区集结；独立混成第16旅团在离石、大武、柳林等地集结。作战企图是：先占领岢岚、岚县、交城以西及方山、临县并占领黄河各渡口，切断晋西北八路军通往陕甘宁边区的道路、尔后由北、东、南三面向晋西北抗日根据地中心区合击，逐步压缩围歼晋西北八路军，彻底摧毁晋西北抗日根据地。
八路军第120师根据对敌情的判断，决心：第一阶段，相对集中兵力，打击敌之薄弱部分，相机歼敌一部；第二阶段，以分散的游击战为主，疲惫与消耗敌人，迫敌撤退；第三阶段，再相对集中兵力，歼敌一路于运动之中。据此方针，作出具体部署；以第358旅并指挥独立第2支队，集结于王狮、普明之间地区待机；以独立第3支队集结于岚县以北之河口地区，准备打击向岚县进攻之敌；以独立第1旅进至临县、三交以东地区，相机打击由大武向临县进犯之敌；以决死第2纵队在离石、方山之间活动，以决死第4纵队在汾（阳）离（石）公路沿线，袭敌据点，断敌交通；以独立第之旅与新军暂编第1师集结于岢岚、五寨以西地区，相机打击由五寨向奇岚进犯之敌。师特务团及新军工卫旅活动于文水、交城西北地区，积极袭击钳制敌人，配合内线之反“扫荡”。此外，还令驻河西宋家川之第359旅第718团，准备以一部兵力东渡，在军（渡）离（石）公路沿线配合作战。
战役的第一阶段从6月7日开始。当日下午，日军独立混成第9旅团1100余人分之路向岚县进攻。8日，占领该城。独立第3支队从10日至13日不断袭击岚县之敌，伏击静岚公路日军运输队。为打击进占岚县之敌，第120师令第358旅由白文镇开赴岚县、静乐以南地区。15日，第358旅到达东村附近。
12日，文水、交城、古交和静乐等地日军2500余人，分9路向文水西北的双龙镇、对久镇地区合击，企图歼灭第120师特务团和新军工卫旅，该两部及时跳出日军合击圈，使敌扑空。此时，第120师判断北面之敌将由五寨进攻岢岚，南面汾、离之敌北犯为主要进攻方向，静、岚之敌对南北西面将取策应动作，遂下达补充作战指示：令第358旅将主力集结于东村东南地区待机；令独立第3支队钳制岚县之敌；令独立第1旅以第715团于三交以东地区打击由大武出犯之敌，待敌向临县进攻时，再转移至机动位置待机；令独立第2旅主力和新军暂编第1师在五寨、岢岚间打击由五寨向岢岚进犯之敌，并将敌向保德方向吸引，以减轻对第358旅等部的压力；令决死第2纵队在敌大举进犯临县、方山时，转至大武、方山至三交的交通线上作战，令决死第4纵队以2个团于汾离公路线上切断敌交通；令师特务团与新军工卫旅在文水、交城西北地区坚持游击战。
16日，在东村附近活动的第358旅侦悉，由静乐进攻对久镇地区之日军一部700余人北返米峪镇，似将继续向静乐撤退。米峪镇附近地形较好，日军增援较为困难。第358旅决心歼灭该敌于运动中。遂以第716团、独立第4团和独立第2支队，于当口下午进至米峪镇以北的大夫庄附近设伏。但米峪镇之敌未动，第358旅遂以独立第2支队于大夫庄对娄烦方向警戒，主力立即向米峪镇开进，并准备以预期遭遇战消灭该敌于米峪镇附近。17日7时，第358旅前梯队第4团进至言家掌以东时，与由米峪镇出动之敌遭遇。该团迅速抢占有利地形，先敌展开攻击。9时许，第716团加入战斗，经激战，将日军四面包围。至17时，第358旅发起总攻，歼敌大部，残敌窜入土窑内进行顽抗。18日，第120师得悉静乐、古交等处日军驰援米峪镇，而南、北两方面的日军已全部出动，遂令第358旅迅速向赤坚岭方向转移，避开敌之合击，待机歼敌。第358旅遂留第4团继续围歼残敌，主力向赤坚岭转移，第4团战至19日，将敌全歼，尔后迅速转移。此役全歼日军700余人，第358旅伤亡445人。米峪镇战斗是第120师回师晋西北后取得的第一个歼灭战胜利。
日军独立混成第3旅团于16日由五寨、新屯堡出动，17日占领岢岚。
6月20日，日军开始对晋西北抗日根据地进行全面“扫荡”。第120师遂展开第二阶段的反“扫荡”作战。
日军独立混成第16旅团由汾离公路一线向北，独立混成第9旅团由岚县等地向西，向南，合击临县、方山地区。柳林日军1500余人于18日开始北上，至20日先后占领孟门、碛口；大武日军2000余人分两路北上，一路经峪口于21日占领方山，一路经三交于21日占领临县及临县北之窑头。自21日起，进占碛口、临县之日军对安家庄、清凉寺，梁家会等地的独立第1旅进行连续合击，但均扑空。日军在遭到独立第1旅部队在三交，安家庄、穆家坪、王家里等地的打击后，继续向黄河沿岸追击，企图压迫独立第1旅于其包围圈内，予以歼灭。此时，独立第1旅已转至外线，日军于24、25日分由窑头、临县西进，占领罗峪口、克虎寨等处，日军独立混成第9旅团占岚县后，兵分两路，一路向西南，经普明直扑方山；一路先向西后向南，经大小坪头、任家坡、花子村，22日占窑头，与独立混成第16旅团北上部队汇合。
米峪镇日军被歼后，静乐、古交、交城3路日军共1500余人，于20日拂晓赶到米峪镇附近，企图报复。此时，第358旅主力已向赤坚岭转移。日军又企图与由方山北上、由普明南下的部队一起合击第358旅于赤坚岭。第358旅由赤坚岭经寨上、康宁镇，冲破日军的围堵，于24日进至兴县西蔡家崖附近与师直日军合击临县、方山的同时，在北面，日军独立混成第3旅团由岢岚向西北，驻蒙军谏山、石丸支队由偏关、三岔堡向西南台击保德、河曲地区。奇岚日军于6月20日出动，第120师独立第2旅和新军暂编第1师为减轻日军对第120师驻兴县的指挥机关的压力，奉命节节抗击，将日子诱向西北方向。24，该敌进占保德。此时，偏关日军己进至；日县东北之沙坪村，三岔堡日军已进至保德以东之沙泉镇，奇岚日军后续部队也赶至桥头，对独立第2旅构成了合击态势。独立第2旅当即转至日军的侧翼，集结于保德以东25公里之阁老店地区，3路日军扑空后，三岔堡、岢岚两路日军于27日返回原据点。
日军对晋西北抗日根据地20余日的“扫荡”，虽占据了数座空城和一些村镇，但合围歼灭晋西北八路军主力的企图未能得逞。日军不甘心失败而归，遂在撤退前以独立混成第9旅团为主，南、北日军各一部，分4路合击兴县地区。28日，临县窑头日军1500余人分两路北上，29日，岚县日军约1200人西进，保德、奇岚日军30日会合于威康，然后南下，对驻兴县的第120师领导机关形成包围态势，为打破日军企图，第120师机关率第358旅由兴县及其以北地区转移至兴县西南的曹家坡、张家圪台地区。30日，窑头北上日军与岚县西进日军进占兴县，再次扑空。
7月1日，第120师判断反“扫荡”已达末期，兴县日军有可能向东撤退，决心集中第358旅，独立第1旅及独立第3、第5支队于兴县以东二十里铺附近地区，伏击东退日军。命令独立第2旅尾追保德向岢岚撤退之敌，并以一部转至兴县东北地区阻击兴县日军向岢岚撤退。
7月3日，第358旅由康宁镇西北到达冯家沟地区，独立第1旅及独立第5支队到达明通沟以南地区。4日，师部进至羊湾子指挥战斗。
4日8时，兴县日军2000余人沿大川向东撤退，11时进入二十里铺伏击区。独立第1旅第2团和第715团占领明通沟至奥家坪以南伏击阵地，立即向日军发起攻击，日军遭突然袭击，伤亡惨重，被迫展开，进行顽抗。17时，第358旅赶到加入战斗，反复向日军猛攻。但因北面空虚未能形成包围，且各部加入战斗先后不一，未能形成同时的突然攻击，致使日军固守村庄顽抗，难以迅速解决战斗。4日晚，由保德南撤之日军1000余人到达兴县，5日晨继续东撤，企图与兴县东撤日军协力向东突围。此时，第120师预料难以全歼日军，遂以一部尾击、侧击撤退之敌，主力撤出战斗。二十里铺战斗，歼灭日军700余人，再次予日军以沉重打击。第120师伤亡430余人。7月6日，日军全部撤退。
晋西北抗日根据地军民1940年夏季反“扫荡”作战，历时月余，共作战250余次，歼灭日伪军共4500亲人，收复兴县、临县、方山、保德、河曲等县城。第120师及新军部队共伤亡2039人。
反“扫荡”作战胜利后，11月7日成立了晋西北军区，贺龙任司令员，关向应任政治委员，下辖6个军分区。至此，晋西北抗日根据地已拥有东起平绥路大同至集宁段和同蒲路大同至平遥段，西至黄河，南迄汾离公路，北至大青山的广大地区。