10 月 26 日至 27 日，进犯太行敌后抗日根据地的日伪军调整部署，转为对南艾铺、羊角、芹泉、黄烟洞和辽（县）武（乡）榆（社）地区的分区 “ 扫荡 ” 。日军第 36 师团冈崎大队 500 余人、辎重民夫 400 余人，无意中瞎打乱撞到了八路军总部的水腰子兵工厂。
水腰兵工厂设在太行山脊黎城县的黄烟洞谷中，四面险峰环抱，唯一的出口是南面绝壁中裂开的一道裂缝，俗称 “ 翁圪廊 ” 。八路军总部把兵工厂设在这里，是经朱德、彭德怀和 左权亲自察看地形后，精心选定的。经过精心规划和建设，这个军械所已形成月产 400 余支步枪和大量子弹的生产能力。随着战争和八路军发展的需要，特别是在蒋介石断绝粮弹供给的情况下，兵工生产显得尤其重要。
当正在黎城八路军指挥所的彭德怀听到翁圪廊已经丢失，日军开始进入黄烟洞的消息，不禁大怒，要求严查擅自撤离者的责任，以军法论处，并即刻命令 386 旅的 772 团和 16 团赶到黄烟洞，打退日军的进攻。
28 日，冈崎大队在我军连续有力的打击下，被迫撤退到武乡县蟠龙镇关家垴附近，准备夺路退回沁县。彭德怀下定决心要吃掉这股日军，决不让冈崎退回老巢！
彭德怀想到了刚进行完榆辽战役的 129 师，他们正在蟠龙镇附近休整。 29 日下午，他从黎城火速赶到蟠龙镇，当晚召集 129 师的师、旅干部会议，当面下达八路军总部命令：由刘伯承、邓小平指挥 129 师的 386 旅、新 10 旅各一部，陈赓指挥 129 师 385 旅一部和决死第 1 纵队第 25 、第 38 团各一部，彭德怀亲自指挥山炮连，于 30 日晨 4 时对冈崎大队发起攻击。具体攻击部署是： 386 旅的第 772 团和总部特务团为一路，从关家垴东北、东南侧攻击； 386 旅第 769 团为一路，从关家垴的西北侧与前一路并肩攻击；决死第 1 纵队为一路，由南向北推进，在关家垴南侧对日军的左翼进行牵制；新 10 旅为一路，由西向东封锁日军西逃之路。会议结束后，各路参战部队迅速向指定的攻击位置进发。
就在八路军各部进行合围时，冈崎抢先一步，立即带领部队占领了关家垴。关家垴是群山环抱的一个高高的山冈，冈顶上有一块方圆几百米的平地。山冈的北面是断崖陡壁，东西两侧坡度陡峭，只有南坡比较平缓。南坡山壁构筑着孔连一孔的窑洞，着 50 来户姓关的人家，时村里的人早已避难去了。坡的对面是一个比关家垴更高的山冈柳树垴，与关家垴互为犄角，从柳树垴上可以用火力控制通往关家垴的小路。日军占领关家垴后，连夜构筑工事，部署火力网，并派出一个中队抢先一步占领了关家垴西南的柳树垴。
日军抢得了先机，凭险固守，这对八路军的攻击十分不利。左权考虑到进攻路线狭窄，大部队难以展开，便决定总部特务团提前发起攻击。离总攻还有 5 个小时，他就向特务团下达了命令： 2 营从侧后摸到关家垴山顶，凌晨 3 时发起攻击，除掉山顶上日军的机枪阵地； 3 营从关家垴和柳树垴中间突击，斩断两股日军之间的联系，随后向西突进，摸黑逐个消灭窑洞里的顽敌；其他两个营从西侧插上，防止敌人西窜逃跑。他还决定在凌晨 3 时发起攻击，趁敌人刚刚构筑完工事，已经疲惫不堪，正在酣睡时进行偷袭。
凌晨 3 时前，特务团就赶到了预定位置。 2 营神不知鬼不觉地摸到了关家垴山顶，随着寒光一闪，两个日军哨兵便悄无声息地倒下了。接着战士们把手中的手榴弹甩了出去，沉闷的黑夜顿时被隆隆的爆炸声打破了。爆炸声就是冲锋号，埋伏在山下的部队迅速向各自的目标冲去。起初，战斗相当顺利，特务团很快占领了一排窑洞，正要继续攻击时，左侧的一间窑洞中突然响起猛烈地机枪声，把特务团压得无法展开，密集的火力犹如一道封锁线，攻击受阻。原来在此前，日军就将这排窑洞都打通了，每个窑洞既可独立构成一个火力点，又可与其他窑洞互相掩护，互相支援，形成交叉火力网。阵前还挖有防弹壕。窑洞门前也挖了工事，构成了里外相连，窑窑相通的循环作战工事，易守难攻。由于不知道个中情况，在同日军争夺窑洞时，特务团付出了相当大的代价。团长欧致富一看情况不妙，就立即命令各营暂停攻击。
在总攻击发起前，彭德怀来到决死第 1 纵队第 38 团前沿阵地进行动员，彭总亲自到前线给 38 团的将士们以极大的鼓舞，战士们的战斗情绪一下子就给调动起来。
10 月 30 日凌晨 4 时，指挥所发出了总攻信号，片刻间枪声大作，杀声震天。攻击部队对关家垴和柳树垴同时发起了攻击。早已铆足了劲的第 38 团战士们迅速冲上柳树垴最高峰。双方就在前沿阵地间展开了激烈的争夺和反争夺。一时间，战士们的喊杀声，拼刺刀的撞击声，日军临死前的惨叫声，连成一片。经过两个多小时的激烈战斗，第 38 团终于在天亮时抢占了柳树垴。
天亮后，参战各部队继续向日军发动全面攻击。但日军凭借复杂险要的地形和精良的武器，与八路军展开激战，等待援兵的到来。 30 日上午 9 时，日军的飞机在关家垴上空盘旋，在确信自己的部队都躲在窑洞里后，就开始对关家垴进行狂轰滥炸。密集在关家垴这块小地方的八路军进攻部队，受到极大威胁，进攻不得不暂时停下来。
这时，彭德怀就在距前沿阵地 300 米的战壕里，用望远镜密切观察着整个战况，心急如焚。看到各部队都损失很大，刘伯承给彭德怀打来电话，建议部队暂时撤围，另寻战机。彭德怀一听就按捺不住火气，大声嚷道： “ 拿不下关家垴，就撤掉 129 师的番号，杀头不论大小。 ” 此时，侦察员跑过来向彭德怀报告，日军从辽县、黎城出动几千名援兵正加紧往关家垴赶过来。如果日军援兵一到，后果将不堪设想。彭德怀感到事态严重，马上命令刘伯承：必须在下午 4 时，向敌人发起总攻，务必全歼冈崎大队。
日军飞机狂轰一番后飞离关家垴，各攻击部队乘机向敌人发起攻击。然而已攻占柳树垴的第 38 团在与第 25 团调整部署时突然遭受日军的猛烈反击，因经验不足，阵地又被日军夺了回去。柳树垴的丢失，影响了对关家垴的攻击。攻击部队不得不在进攻关家垴的同时，重新组织三个营的兵力反攻柳树垴。但连续攻击四次，虽给日军以重大杀伤，却未能把失去的阵地夺回来。
由于攻击地形十分不利，从东北方向攻击关家垴的第 772 团 1 营，能接近敌人阵地的只有一条 30 公分宽的小道，战斗打得非常残酷。战士们反复多次同日军短兵相接，伤亡极大。双方一直战斗到中午，第 1 连 70 多人，只剩下 3 人，第 3 连 50 多人，只剩下指导员和 2 名伤员， 4 连 68 人，只剩下 10 余人。到下午 2 时，当 1 营被兄弟部队换下来时仅剩下 6 人。
第 769 团从西北方向攻击关家垴。关家垴西北面是五六丈高的陡崖， 769 团充分利用地形隐蔽接近敌人，其突击部队借助攀登工具和陡崖上的野藤树枝爬到壕坎处，但却被日军发觉，用猛烈的火力封锁了斜坡。因地形所限，突击部队既无法发动冲击，又无法对日军构成火力威胁，在壕坎处是一种孤悬状态。到前沿阵地视察的刘伯承来到第 769 团，拿起望远镜仔细观察起前面的攻击地形。看到壕坎上面的斜坡上隐隐裸露出来的黄土，刘伯承有了主意，他回过头问团长郑国仲： “ 那坎上斜坡是土质的吗，可以挖暗道通上去。 ”
这一句话使所有人茅塞顿开，郑国仲立即让人找来工具，组织突击队从壕坎下面往上挖掘坑道。不到两个小时，一条通往山顶日军阵地后面的通道挖成了。随后再派出突击部队攀登上陡崖，一部分隐蔽在壕坎下面，一部分从通道里爬上山顶，并将团里的火力集中起来对敌人进行猛烈攻击，吸引日军的注意力。山顶上的日军以为八路军又要从斜坡上往上攻，全神贯注地盯着前面的斜坡，没有想到八路军从后面突然冒出来，日军阵地顿时一片混乱。这时，隐蔽在壕坎下的突击部队迅速从斜坡上攻了上来。双方在山顶平地上展开了激烈的肉搏。八路军后续部队源源不断地攻上山顶，加入战斗。几经搏杀，日军被消灭一大半，残敌退守半山腰村子里的窑洞中。
失去关家垴火力的支援，柳树垴上的日军虽然仍在依托有利的地形顽强抵抗，但在八路军一浪高过一浪的猛烈攻击下，最后也败下阵来。
占领山顶后的第 769 团，同从其他方向攻上来的兄弟部队一起，对据守窑洞的日军继续发动攻击。日军固守窑洞里的工事，拼死抵抗，火力仍然很猛。由于地方小，攻击部队施展不开来，加上八路军又缺少重型武器，攻击始难以奏效。激烈的战斗一直持续到 31 日拂晓。
这时，日军 1500 多人的增援部队，在 10 余架飞机的掩护下已逼近关家垴。鉴于关家垴被围之敌基本被歼灭，来援之敌又过大，为避免同日军决战，保持主动，再寻有利战机歼灭敌人，彭德怀随即命令 129 师撤出战斗。 60 余名残敌在援敌接应下，逃往洪水。
关家垴歼灭战，激战两昼夜，冈崎大队大部分被歼灭，共毙日军 400 余人，仅有 60 余人逃走，大队长冈崎歉受被打死。缴获机枪和步枪约 60 余支、战马 10 余匹。日军在精神上也受到了很大创击，一提起这次战斗，敌人就胆战心惊，小股部队再也不敢轻易出动。八路军也付出了相当大的代价，全师共伤亡 600 余人，新编第 10 旅旅长范子侠光荣负伤。
为了配合关家垴战斗，第 385 旅另一部于 10 月 29 日和 31 日，先后在武安西北的驰井和辽县以南的窑湾、新庄附近阻击了多路日军的增援，击毙日军 100 余人，新编第 10 旅另一部于 10 月 29 日晚猛攻驻辽县城的日伪军；新编第 11 旅一部在下庄阻击和追击向辽县城溃退的日军；决死第一纵队一部于 10 月 31 日截击了由潞城北援的日军，并在渠村、河南村等地阻击了由东艾铺北犯的日军，毙伤敌 100 余人。偏城、阳邑、纪城等他的地方武装和民兵，则不断袭击并肃清了当面的日伪军。辽县、相顺地方武装在寒王镇以北约 5 公里处的深沟中，侧击了由和顺出犯的日伪军 200 余人，毙伤其 30 余人。
关家垴战斗后，日军第 36 师团，独立混成第 4 、第 9 旅团各一部，再次对太行抗日根据地进行分区 “ 扫荡 ” 。第 129 师在人民群众的大力支援下，继续进行艰苦的反 “ 扫荡 ” 。第 385 旅于 11 月 1 日至 3 日，在辽县以南的温塘、以西的管头、铺岩一带，沿途袭击和堵击了日军独立混成第四旅团一部，缴获一部分辎重物资。第 386 旅于 11 月 3 日至 6 日，在南山头、安岳庄、八田、东田镇一带，多次袭击了由黎城、潞城进犯武乡的日军第 36 师团一部，迫其向襄垣逃窜，毙伤日军 300 众人，缴获步枪 80 余支、战马 32 匹。该旅伤亡 200 余人。随后，顽强地完成了掩护八路军总部机关转移的任务。新编第 10 旅于 11 月 2 日，在辽县西北的寒王镇至长城镇一带，与日军独立混成第四旅团一部 2500 余人激战数小时，毙敌 100 余人。
与此同时，冀南敌后抗日根据地军民不断袭扰和牵制了当面的日伪军。新编第 4 旅一部，新编第 7 旅，新编第 9 旅都投入了反 “ 扫荡 ” ，取得了一些战果。据不完全统计，仅 11 月 3 日至 10 日，冀南敌后抗日根据地先后共出动了 1.1 万余名群众，破袭了永年至肥乡、肥乡至临洺关、平乡至威县、平乡常庄至南庄等铁路和公路，敌后军民伤亡 70 余人。
至 11 月 14 日，太行敌后军民在冀南敌后军民的策应下，粉碎了日伪军近 40 天的 “ 扫荡 ” 。据日军作战详报记载，仅日军独立混成第四旅团就亡 71 人，伤 66 人，失踪 2 人。
2 、太岳地区反 “ 扫荡 ”
从 11 月 17 日开始，日军华北方面军以第 37 师团由沁县城、虒亭镇、南关镇，第 41 师团一 部由洪洞以东，独立混成第 16 旅因由平遥、介休、霍县一带出动，共 7000 余人，以沁源及其以北的郭道镇地区为重点，对太岳敌后抗日根据地进行 “ 扫荡 ” 。
由于太岳军区主力 386 旅和决死第一纵队赴太行根据地未归，为避敌锋芒，军区除以主力一部和地方武装依靠广大群众、坚持内线斗争外，以领导机关与大部主力部队编成沁东、沁西 2 个支队，适时转至外线，在沁河东、西两岸地区，寻机打击日军 “ 清剿 ” 部队。
20 日至 22 日，第 386 旅和决死第一纵队及地方武装各一部，在介体以东的王陶、府城，古县以北的南北石村、阎寨等地，节节阻击。迟滞了 “ 扫荡 ” 的日军。 23 日，日军分路合击沁源地区，寻歼第 386 旅兼太岳军区领导机关和主力部队扑空后，遂转入残酷的分散 “ 清剿 ” ，企图消灭根据地军民的生存条件，彻底毁灭根据地。仅在沁源一县， 10 户以上的村庄大部分被烧毁，共杀害群众 5000 余人，抢掠、屠杀牲畜近 1 万头。
第 386 旅兼太岳军区和决死第一纵队主力部队及时抓住日军四处 “ 清剿 ” ，兵力分散的有利战机，积极打击敌人。 23 日至 27 日，沁西支队第 42 、第 59 团等在官滩、胡汉坪和马背一带，毙伤日军 260 余人；沁东支队第 17 、第 57 团先后在光凹、陈家沟、龙佛寺、吾元镇、南卫村、南里等地，沉重打击了日军。第 212 旅和地方武装、广大民兵也不断袭击了 “ 清剿 ” 的日军。日军合击企图落空，至 12 月上旬，结束了对太岳敌后抗日根据地的 “ 扫荡 ” ，分路撤退。
为了策应太岳敌后军民的反 “ 扫荡 ” 作战，第 129 师活动在冀南敌后抗日根据地的主力和地方式装继续袭扰当面之敌。新编第 4 旅先后打退由隆平和尧山、内丘、任县出扰的日伪军 1200 余人，毙其近 100 人，该旅伤亡 30 余人；又与新编第 9 旅一部在 1.5 万余名群众的支援下，破袭了南（宫）巨（鹿）公路 25 公里，另破袭了故城至北獐鹿、威县至伴姑庙段 10 余公里。新编第 7 旅先后袭击和打退了广宗以北柏社据点日伪军 300 众人，毙伤其 20 余入，该旅伤亡 10 余人。新编第 9 旅在 500 至 6000 余名群众的支援下，相继破袭了束鹿至枣强以东董故庄段公路 2.5 公里和故城附近公路 10 余公里，收割电线 750 余公斤。
在到 12 月上旬的两个月时间里，第 129 师在 1.5 万名群众的直接参战支援下，共进行大小战斗 196 次，毙伤日伪军 2785 名、俘日军 2 名、伪军 41 名；缴获山炮 1 门 l 、迫击炮 2 门、野炮 1 门、步马枪 79 支、短枪 5 支、重机枪 2 挺、轻机枪 4 挺、掷弹筒 4 具、短枪弹 102 发、重机枪弹 600 发、轻机枪弹 2070 发以及各种炮弹和其它军用品等。破袭铁路 50.5 公里、公路 63 公里，破坏碉堡 11 座、铁桥 2 座、石桥 9 座、木桥 12 座、路基 11.5 公里。解放修路与护路群众 1500 名。
同时， 129 师也有较大伤亡。负伤旅职干部 1 名、团职干部 1 名、营职干部 13 名、连职干部 105 名、排职干部 121 名、班长 276 名、战士 903 名、其他 36 名；牺牲团职干部 2 名、营职干部 5 名、连职干部 41 名、排职干部 69 名、班长 132 名、战士 402 名、其他 104 名；共伤亡 2211 人。其他减员排职干部 16 名、班长 27 名、战士 151 名、其他 7 名。
