晋西北地区位于同蒲路以西，黄河以东，平绥路以南，汾（阳）离（石）公路以北，是阻敌西进、保卫陕甘宁边区的重要屏障，是联系华北各抗日根据地的枢纽。刨建晋西北抗日根据地，对坚持华北敌后抗战有着重要的战略意义。
1937年9月中旬，中共中央和毛泽东指示第120师开赴以管涔山脉为中心的晋西北，展开于大同、太原之翼侧，并向绥远发展。第120师于9月下旬进入宁武、神池地区后，一面以主力侧击沿同蒲路南进之日军，配合友军作战；一面以教导团和师政治机关等共700余人组成工作团，在师政训处主任关向应（11月2日后任政治委员）率领下，分赴朔县、偏关、临县、岚县等14个县。同时，以第358旅第716团团长宋时轮率该团第2营组成雁北支队，挺进平鲁、左云、右玉等县，开展游击战争和进行群众工作。太原失陷后，地方工作团又随师主力进至汾阳、离石地区和晋中平原，进而在晋西北全境展开工作，至1938年初，晋西北抗日根据地初步形成，主力部队和地方装都有了较大发展。第120师由出征时的2个旅3个团共8200余人，扩大到2个旅6个团共2.5万余人，雁北支队也由1个营扩大为5个营。同时，将神池、五寨地区的游击队编成独立第1支队。
1938年2月，正当侵入山西的日军向晋西、晋南地区进攻时，遵照八路军总部的命令，第120师主力在同蒲路北段积极展开交通破袭战，切断太原至忻县间的铁路与公路交通，有力地钳制了日军对晋西、晋南的进攻，使日军后方受到严重威胁。
日军为摧毁晋西北抗日根据地，消灭或驱逐八路军第120师，解除其后顾之忧，并配合其对晋南的进攻。于2月下旬，乘第120师主力于同蒲路北段作战之际，调集驻蒙军第26师团、华北方面军第109师团及伪蒙军各一部，共1万余人，由平绥、同蒲路和太（原）汾（阳）公路沿线各据点出动，分5路对晋西北抗日根据地发动“围攻”，21日至28日，日军第26师团以1个联队由朔县出动，攻占宁武、神池、保德和五寨，一部西渡黄河进攻府谷；另一个联队由井坪镇出动，攻占偏关、河曲；以伪蒙军李守信部3000余人由绥远南下、占领清水河后，进至偏关，与日军会合。与此同时，在太（原）汾（阳）公路集中之日军第109师团，以一部2000余人由汾阳进占离石后，于26日进至黄河东岸的军渡和质口，隔河炮击八路军留守兵团河防阵地；另以一部由文水、交城出动，占领岔口、古交、河口地区，并向娄烦进攻。当时在晋西北偏关、兴县、临县、静东和宁武等地区、虽有晋绥军4个军（骑兵第1、第2军及第34、35军），但除第35军对进犯方山、临县、娄烦之日军稍作抵抗，其余均先后撤退。
为粉碎日军的“围攻”，第120师师长贺尤、副师长萧克、政治委员关向应令留在根据地内的部队和游击队积极开展游击战，袭扰、疲惫日军，遂率主力于28日由同蒲路北段星夜回师根据地，并以第359旅主力进至岢岚地区，阻击由五寨南犯之敌；以第358旅主力进至离石、碛口以北地区，侧击企图渡河西犯之敌。3月2日，军渡、碛口日军突然东返离石，并北犯方山、临县。接着，进攻府谷之日军退至河东保德，五寨日军则继续南下，占领岢岚。至此，日军围攻晋西北抗日根据地的企图已明。针对上述情况，毛泽东于3月6日电示八路军总部及第120师：应与国民党军傅作义部协同作战，集中主力打击敌军一路，“破坏敌之包围计划，巩固晋西北根据地，策应其他区域之作战”。第20师首长决心集中4个团的兵力，首先打击深入五寨、岢岚孤立突出之日军，尔后，再向神池、宁武方向发展。
3月7日，第120师首长令第359旅（欠第719团）和当地游击队，采取围困战，将日军第26师团第11联队1000余人围困于岢岚城内，并断绝其交通补给和水源，迫其弃城突围，尔后，于运动中歼灭之；令第358旅向岢岚东北机动，准备截歼弃城突围之敌；令警备第6团、雁北支队，独立第1支队、师骑兵营、第359旅第719团、决死第4纵队及地方游击队，分别在保德至神池之间和朔县以北及宁武外围，袭扰牵制日军，配合主力作战。侵入奇岗之日军在第359旅及地方游击队围困和连续袭击下，补给特别是水源断绝，而且待援无望，遂于3月10日15时弃城向北突围。第359旅跟踪追击，于三井镇歼灭日军300余人。其余日军逃人五寨县城。
岢岚日军逃至五寨后，该地日军达1000余人。五寨城墙坚固，并有义井镇、三岔堡等地日军策应。据此，第120师首长遂以第718团及地方游击队围困五寨；以第358旅主力进至义井镇与神池间地区；以第359旅主力进至五寨、三岔堡之间，待机歼敌于运动中。17日，第358旅进至义井镇以南的虎北村、山口村地区时，与由神池南下增援五寨之日军1000余人遭遇。该旅迅速抢占有利地形，先敌展开，居高临下，向日军多次发起冲击，经6小时激战，歼灭日军300余人，并乘胜追击日军至义井镇附近。18日，三岔堡日军出动200余人增援五寨，又被第359旅第717团击退。至此，五寨日军完全陷入孤立。与此同时，警备第6团、雁北支队、第719团及各地方游击队，对日军后方交通线不断进行破袭，使侵入晋西北抗日根据地内之日军补给困难，处境日益不利。在此情况下，自3月20日起，偏关、河曲、保德、五寨之日军，先后弃城东撤。第120师收复上述4城并乘胜截歼撤退之日军。21日，当保德、三岔堡之日军向神他撤退时，第359旅主力于田家洼截歼其一部，其余日军退至义井镇，22日夜，集结于义井镇之日军共3个大队继续向神池撤退。第358旅主力于凤凰山附近伏击歼灭日军300余人。日军连夜撤向神池，第120师遂跟踪追至神池，并以一部越过神池，进至大水口及阳方口以西地区，断敌迟路。神池之日军在其退路受到威胁的情况下，于23日弃城撤往朔县。第120师收复神池。
第120师收复神池后，侵入晋西北根据地之日军，除宁武县城南有1500余人外，其余均被击退。第120师首长决心乘胜歼灭宁武之敌。遂以第716团及第718团第2营围困宁武县城，以第358、第359旅主力集结于宁武至阳方口之间的石湖河地区，伺机歼灭撤退或增援之敌。31日，朔县之日军出动步骑兵共600余人，在飞机掩护下，经阳方口南下，企图接应宁武之日军突围。10时许，当日军进至石湖河与麻峪附近时，第359旅突然发起攻击，日军仓皇据守石湖河有利地形顽抗，宁武之日军500余人，乘机出城反扑，威胁第359旅侧背。此时，第358旅第715团主动向出城反扑之日军出击，并与第359旅形成对日军的夹击之势。激战至黄昏，宁武出城反扑之日军退回城内，石湖河日军退回阳方口。第359旅和第715团共歼灭日军300余人。宁武之日军见待援无望，遂于4月1日晚乘夜暗分路沿铁路线北撤。第120师立即发起追击，又于石咀子、石湖河附近歼灭日军后尾一部。日军经阳方口撤往朔县。第120师收复宁武县城。至此，反“围攻”作战胜利结束。第120师共歼灭日军1500余人，缴枪200余支，汽车14辆，骡马100余匹，收复宁武、神池、五寨、岢岚、保德、河曲、偏关7座县城。
此次反“围攻”作战，第120师集中主要兵力击破敌之一路，以次要兵力钳制敌之其他各路，选择深入腹地，孤立突出的一路为主要攻击目标，采取围困战，迫敌突围，于运动中歼灭之。这一胜利，挫败了日军摧毁晋西北抗日根据地的企图，巩固了晋西北抗日根据地，对保卫陕甘宁边区也具有重要意义。