根据总部定下的决心，在反围攻开始阶段，主要进行游击战，消耗疲惫敌人。为此，八路军各部按照预定的作战部署，在地方游击队和人民群众的积极配合支援下，以灵活机动的游击战，积极进行阻击袭扰，疲惫削弱进犯之敌。因此，各路日军均受到不同程度的打击。
就在晋冀豫根据地军民与围攻之敌展开浴血奋战的时候，129师主力及115师的689团按照预定部署，由辽县以南地区转移到敌合击圈外的涉县以北地区，隐蔽待机。
4月10日，刘伯承在偏店、鸡鸣铺地区设好伏兵，打算在邯长大道上再给日军后方补给线一次打击，以打破日军的围攻。日军在邯长大道上连遭挫折，变得小心谨慎起来，一连几天没有派较大部队通过。
这时候，南面由长治出犯的一路日军，分由襄垣、下良进占西营，由屯留、魇亭进占沁县。北面由阳泉出犯的一路日军，分由平定经昔阳到和顺，由昔阳经皋落抵芹泉，深入到根据地腹心。其余各路，被预置于内线的八路军部队和国民党友军阻击和迟滞住了，没有能够实现敌人9路合围的计划。东面两路日军，被第129师一部和国民党骑兵第4师阻止在麻田。南面另两路日军，被第115师第343旅和国民党第17军挡在沁源。西面两路日军，被秦赖支队和国民党第98军牵制在东西团城、马坊地区。北面赞皇一路日军，被冀西游击支队袭扰后不能前进。
刘伯承见敌人围攻态势已经紊乱，决心出动主力，迂回到北路日军的左翼侧，伺机予以打击。
4月14日，南面由长治出犯的日军继续东进。右翼苫米地亲率第104旅团第105联队等部经蟠龙、墨碇进占辽县，左翼由配属苫米地指挥的第25旅团第117联队经段村攻占武乡。
刘伯承见苫米地一味孤军深入，不与友邻协调行动，根本不顾忌自己侧背暴露，判断苫米地又犯了好大喜功的老毛病，企图独占9路围攻的头功，不禁对身旁的参谋说：“苫米地这家伙，竟敢犯兵家之忌，以为我们八路军好欺侮，看他疯狂到几时？”刘伯承决定将计就计，把苫米地放到武乡、辽县之间来打。这一带地形有利，山高路险，蟠龙、墨碇一带是很好的伏击战场；群众深受日寇蹂躏，又经过发动，积极要求帮助八路军消灭日军。
当日，刘伯承与徐向前、邓小平商定了一个作战方案，上报总部：“我师与徐旅协同动作，配合曾（万钟）军围困段村，打击增援，或配合朱怀冰师，或出辽县。”
八路军总部朱德总司令、彭德怀副总司令收电后立即复电批准这一方案。
当夜，刘伯承率部经东方山涉过浊漳河，到达段村以北的西黄岩、马牧地区，转到了第117联队的左翼侧，造成了歼灭这股日军的极为有利的态势。
第二天，侦察参谋报告：武乡日军进到榆社后，因城中经群众“空舍清野”，无法获得粮秣给养，去辽县的道路又遭严重毁坏，大部队难以通行，所以又返回来了。
刘伯承听完报告，“腾”的站了起来，高兴地说：“鸟入笼，鳖入瓮，这下可有大仗打了，先让第771团派两个连，严密监视这股敌人。”
晚10时，陈赓旅长电话报告：据监视部队报告，段村和武乡城里的敌人向东撤退，其后卫部队尚在马庄停留。
“追！”刘伯承毫不犹豫地对陈赓下令，“第689团归你指挥，同第772团为左纵队，沿浊漳河北岸追击。第771团为右纵队，沿着南岸追击。第769团为后续部队，沿武乡至襄垣大道跟进。”
追击部队火速地出发了，刘伯承率师前方指挥所在部队后面跟进。
陈赓率第772、第771团向东猛追。翌日清晨7时，第386旅追到长乐村附近，日军正行进在狭窄的河谷里，一面是浊漳河，一面是山崖。第771、第772团左右两路部队形成了极好的夹击之势。
这时，第689团和第769团因接到通知较晚还未赶来。陈赓见敌人一部已走出河谷，袭击机会稍纵即逝，当即下定进攻决心，命令第771、第772团向日军开火。
随着陈赓一声令下，长乐村急袭战打响了。指战员们高呼着“粉碎敌人的新围攻”“打胜仗与友军比赛”“坚决消灭敌人”等口号，运用各种武器狠狠地打击日军。
日军本来就处于心惊胆战之中，遭到突然猛烈的打击后更是慌作一团。八路军指战员们乘机发起了冲锋。第772团第3营从山上冲下去，到了山边发现是高3丈左右的断崖，营长雷绍康带头奋不顾身地滚了下去，干部战士一个接一个地跟着滚下去，紧接着特务连也冲了下去。
指战员们冲入敌群，左刺右砍，勇猛异常，杀得日军人仰马翻，一下子把河谷里的1500多日军截成了3段。
已经走过长乐村的日军，集中千余人掉头来解救被围部队。他们向第772团阵地左翼戴家垴进攻，企图从这里打开一个缺口，接应被围的后队。戴家垴本应有第689团防守，但该团尚未赶到战场，情况十分危急！刘伯承接到报告，命令陈赓抽调1个连守住戴家垴，坚决不让敌人突破。第772团第10连奉命开上戴家垴，同10倍于己的日军浴血奋战，顽强坚守了4个多小时，全连指战员全部壮烈牺牲，阵地终于失守。
正在这时，第689团赶上来了，他们连脚步都没有停，一个勇猛的冲锋，就把阵地夺回来了。日军组织力量进行了一次又一次的反击。第689团的指战员们沉着应战，日军实施炮火准备，他们隐蔽在工事里；敌人步兵冲锋，他们用手榴弹炸；敌人冲到阵地前沿，他们端着刺刀跃出工事，高呼着“杀”声把敌人赶下去。
刘伯承通过望远镜注视着戴家垴阵地的战况，深为第689团指战员们的大无畏气概所感动，情不自禁地说：“689团打得多英勇啊！”
“真是好样的”，在一旁观察的徐向前深有同感，“115师的战士有一股子顽强劲。”
长乐村口英勇的阻击战有力地保障了河谷里的歼灭战。第771、第772团和后来赶上来的第769团一部，集中力量朝分割开来的敌人反复冲杀。敌人一开始还指望前队掉头救援，抵抗比较顽强，后来发现援兵迟迟不到，便变得沮丧了。第129师的指战员们越战越勇，渐渐把敌人大部消灭了。
下午3时，师前方指挥所得到报告：从蟠龙方向来了一股援敌。这个方向本来是国民党第3军负责打援的，可是日军的援兵竟毫无阻挡地过来了。刘伯承皱起眉头：“曾万钟搞的啥子名堂嘛！”急令第772团派一支小部队以侧翼抄袭的战法扭住它。下午5时许，辽县方向又增来千余敌人，全线战况空前激烈。
刘伯承认为继续消灭援敌已无把握，巩固胜利已成必要，于是命令第769团、第689团各抽1个连，分散开来，形成游击网，从侧翼打击、迷惑日军，掩护主力撤退。
长乐村战斗结束后，各路敌军怕重蹈覆辙，纷纷回撤。由昔阳进占辽县的日寇，在苫米地率105联队回援长乐村后，处境也处于孤立。4月16日，115师第5支队和冀豫支队开始围攻辽县，同时独立支队在辽县至和顺公路上破坏交通，准备堵击逃敌。辽县之敌在八路军围攻下，弃城北逃，八路军收复辽县。19日，又乘胜收复和顺，逼近昔阳。
沁县的日寇，在八路军总部特务团和当地游击队的不断袭扰打击下，于4月19日弃城南逃，115师344旅主力和决死第1纵队根据总部的命令，展开追击。在白家沟附近，344旅追上敌人的后卫部队，经激烈交战，歼其一部。当晚，追击部队夜袭逃入峰岩之敌，又歼其一部。20日，敌遗弃所有辎重，轻装南逃。
到4月25日，八路军相继收复榆社、武乡、沁县、沁源、襄垣、安泽、屯留、长子、平顺、壶关、潞城、黎城等十多座县城，使长治之敌处于孤立。27日，长治、高平、晋城之敌慑于八路军强大攻势，同时弃城向同蒲路南段撤退，八路军乘胜追击，又歼敌近千。至此，历时23天的反敌9路围攻战役胜利结束。