正当晋绥军民开展挤出敌人的斗争并向纵深发展之际，国民党顽固派借口斯大林解散第三国际，狂妄宣称要"解散中国共产党，取消陕甘宁边区"。为了保卫延安，1943年6月，黄新廷三五八旅和许光达独二旅主力七一四团，继王尚荣独一旅之后调往陕北。8、9月间，中共中央军委调上年"五·一"大"扫荡"退出冀中的吕正操，率所部第十八集团军第三纵队的一部七个团（十七，十八、二十二、二十六、二十七、二十九、三十二）开到兴县、保德地区。同年10月，中共中央军委又调冀中军区王长江警备旅两个团开进临县地区，并任命吕正操为晋绥军区司令员，林枫为政治委员，负责晋绥地区的武装斗争。冀中部队的到达加强了晋绥对敌斗争的力量。
1944年秋，晋绥抗日根据地与中共建立的其他根据地一样，由于日军大本营从敌后调走大量侵略军的主力，发动对豫湘桂正面战场的进攻，从而减轻了对敌后战场的压力。日军驻晋绥地区的一一八师团亦调平津。晋绥八路军根据中共中央军委的指示，也开始了对日军的反攻。至1945年8月日本投降前，总共发动了三次大的攻势战役。
由于晋绥八路军坚决执行中共中央"扩大解放区，缩小沦陷区"的指示，不断对敌人发动进攻，至日本投降前夕，根据地面积扩大到八万七千七百平方公里，人口二百一十五万人，民兵五万二千人，主力和地方武装均得到了较大的发展。同时，经过几次打击后，敌人占据的公路线除忻静、太汾、汾离三条线外，已全部被夺回，敌人在根据地内设立的据点，绝大部分被摧毁。在大青山地区，八路军从敌伪军手中夺回原有的根据地，打退了侵入解放区的傅作义顽军，使绥西、绥中、绥南三块游击根据地完全恢复。在吕梁地区，恢复决二纵队放弃的隰县、石楼等四县，建立第四分区；在汾阳、灵石等五县建立第七分区，阻击阎锡山军沿同蒲线南段北上。晋绥八路军所取得的这些胜利，为抗日胜利后粉碎阎锡山、傅作义发动的内战，争取解放战争胜利奠定了基础。
1945年8月苏联出兵东北，我国抗战形势急转直下。当时中共中央军委交给晋绥军区的任务是："向敌占城市和交通要道展开积极的进攻，与晋冀鲁豫和晋察冀两个解放区密切配合，力争占领太原及其以北的同蒲路；占领归绥及其以东的平绥路；堵截与消灭北犯的阎锡山军与东犯的傅作义、马占山部队。"为了组织晋绥大反攻的力量，中共中央军委任命贺龙、李井泉分任晋绥野战军司令员和政治委员，将晋绥地区划分为三个二级军区，以张宗逊为吕梁军区司令员，罗贵波为政治委员，辖三、四、七，八分区；以吕正操兼雁北军区司令员，许光达为副司令员，高克林为政治委员，辖二、五、六、十一分区；以姚喆为绥蒙军区司令员，张达志兼政治委员。当时晋绥军区共有六个主力团、十二个支队、一个骑兵旅和一个骑兵大队兵力。为了便于作战，将晋绥地区划分为南北两线：南线指挥为张宗逊、罗贵波，负责指挥三、四、七、八各分区部队；北线指挥为吕正操、高克林、许光达，负责指挥二、五、六、十一各分区及绥蒙军区部队。
8月11日，晋绥军区向敌人发出最后通牒，敦促日伪军限期投降。同日，晋绥反攻大军从南北两线开始进攻。吕正操、高克林根据中共中央军委下达的晋绥军区向平绥路进攻，并迅速占领归绥的命令，立即命令姚喆率绥蒙军区的主力骑兵旅及九团、二十七团二、三营自大青山向归绥挺进，坚决阻击傅作义部东进；张达志率二十七团一营及部分骑兵部队自偏关出发，挺进托克托、和林格尔，与铁路以北主力配合，对归绥实行包围；许光达率三十六团、三十二团沿黄河北上，会攻归绥；绥中分区各游击部队配合主力行动，相机夺取陶林、武川等城镇；十一分区各游击部队则攻占归绥以东平绥路沿线各城镇；二、五分区游击部队亦分别向附近各敌占城镇进攻。这样，晋绥军区夺取归绥为中心的大战遂全面展开。姚喆率领的绥蒙部队迅速前进，骑兵第二团于8月12日至15日先后攻占陶林、武川县城。九团和二十七团于15日分别攻占归绥以西平绥线上的察素齐、毕克齐车站和归绥外围几个据点。
绥中分区游击队也于17日占领归绥以东平绥线上的旗下营、陶卜齐、白塔等车站。至此，归绥城遂陷于包围之中。18日，姚喆指挥各军向归绥城发起攻击。九团、二十七团迅速攻入城内，将伪蒙军千余人和日军三百余人包围于大十字街几个院落内。但正当伪蒙军接洽投降之际，傅作义第三十五军三十一师一部及挺进纵队三千余人，会同包头东退的日军配合城内的日伪军内外夹击，攻入城内的八路军腹背受敌，遂于当晚撤出，归绥落入傅作义之手。张宗英五分区部队于16日攻占右玉县城，18日收复平鲁县城，接着又乘胜直追，收复朔县城及外围据点，截断了同蒲线。至此，晋绥与晋察冀两解放区连成一片。沿黄河北上的独二旅旅长许光达率三十六团，于16日进抵清水河，接着吕正操率三十二团亦赶到前方，遂于18日发起猛攻，至19日晨全歼伪军千余人，生俘伪军三百余人，缴获战马四百五十余匹，光复了清水河。二分区的神五支队亦于20日收复义井等据点。
张宗逊、罗贵波指挥的南线反攻大军，作战目标为太原。王长江八分区部队经过15日至19日的战斗，收复太原以西的占交、河口，太原东北的陈家峪，太原以北的皇后园、南寨等外围据点，并一度攻入太原市以南的太原县城。孙超群的六分区部队，14日起在南起忻县、北至宁武间的同蒲路东西两侧展开了积极的进攻，连续攻克忻县、静乐、宁武等县敌人外围据点多处，并于19日攻克忻口车站。同时，晋冀鲁豫部队于17日攻占榆次和太谷以东的黄挂、长凝等据点，向太原以南逼近。太原市遂被八路军包围。临近黄河的杨家瑞三分区部队，亦同时攻克大武西北的石门堰，柳林以西的李家垣，使大武、离石、柳林之敌受到严重威胁。驻守这几个据点的日军六百余人，携带骡马大车六十余辆，于21日向汾阳撤退。此时由陕北开拔的黄新廷三五八旅七一六团赶到，设伏于芦家庄，以迅捷的动作全歼日军先头部队百余人，缴获三十五辆大车的军用物资。王长江部队也解放了汾离公路重要据点吴城镇，并一度攻入汾阳县城。
正当根据地内日军纷纷向大同、太原、汾阳等城市和铁路交通线撤退，晋绥八路军收复太原、归绥等大城市在望之际，蒋介石以国民政府的名义命令日军拒绝向中共军队投降，而与其顽军合作抵抗八路军、新四军夺取大城市和交通要道，中共军队因缺乏重武器，夺取大城市已不可能。为此，中共中央改变夺取大城市的方针，于8月22日发出指示，命令其所属军队夺取中、小城市及广大乡村，扩大解放区和部队，准备应付新的局面。贺龙、李井泉等据中共中央军委指示，对晋绥军队反攻作战作了新的部署：北线部队除巩固已得的陶林、武川、清水河等城外，继续夺取绥东、绥南各县城，并配合晋察冀部队夺取集宁、丰镇，打击傅作义、马占山东进部队；二分区部队夺取神池，并向朔县（被敌重占）挺进；六分区部队夺取宁武、轩岗、阳方口等要点，控制该段同蒲路，并加以彻底破坏；南线部队继续打击北犯阎军，夺取太汾路上的县城及离石、柳林、大武等城镇，对太原、大同、归绥等大城市及铁路沿线上的城镇，则以部分兵力威胁和政治攻势，不进行夺取作战。
晋绥军区作出新的作战部署后，南北两线各军均开始行动。许光达独二旅及冀中三十二团，于攻占清水河后稍事休整，即分兵两路前进。三十二团直取左云，于8月31日以三个连的兵力歼灭守城伪军五百余人，解放左云县城。三十六团则挥戈北上，收复和林格尔，然后东向在凉城以西土沟、一间房一带，击溃马占山东北挺进军第五师，连克凉城、新堂（新凉城）等城。这时傅作义部暂十七师第一团在骑兵二百余名配合下由丰镇出犯，当与守城部队接触时，三十二团与二十七团分由左云和三道营赶到，经内外夹击，将傅军全歼于新堂及岱海滩地区，缴山炮四门，重机枪九挺，轻机枪三十余挺，战马二百余匹。至此，北线之伪顽军被压缩于归绥、卓资山、集宁、丰镇、大同、怀仁、岱岳等据点。与此同时，二、六分区部队连克神池县城及东寨镇等据点，直逼宁武。八分区部队于收复三泉等镇后，逼近汾阳城郊。
在大反攻开始后，保卫陕甘宁边区的一二○师主力王尚荣独一旅和黄新廷三五八旅均先后渡河，投入南线对日伪和阎锡山顽军的斗争。8月19日，独一旅进入汾阳以北与八分区部队会合，在贺龙亲自指挥下，于31日夜展开攻取文水城的战斗。经一昼夜激战，毙伪县长以下一百五十人，俘伪少将城防司令以下六百余人，光复文水县城。黄新廷三五八旅（缺七一六团）于9月4日渡河，立即分别对柳林、离石展开攻击。5日，七一五团全歼困守柳林镇的伪挺进支队等三百余人，柳林遂告解放。八团于6日下午对盘踞离石县城的阎军与伪警备队合编的"晋西北挺进队"一千四百余人发起攻击，于9日上午攻克离石城，毙伪团长以下三百余人，俘伪官兵一千一百余人。大武镇和其他据点伪军纷纷投降，离石全境光复。
晋绥部队虽自"八·一五"日本投降后即积极对日伪军发动反攻，但在蒋介石的阎、日、伪合作共同反共的方针下，晋绥八路军仅有正规军四万五千人，不仅在武器装备方面远逊于阎、傅军，即使在人数方面也相差甚远。9月初，阎锡山在日军配合下，于9月上旬先后夺取武川、陶林、清水河、凉城、新堂等城镇。其先头部队沿平绥路已越过大同、阳高推进到柴沟堡，其骑兵部队也已越过草地，游弋在兴和、尚义，企图夹击张家口。
1944年豫湘桂会战后，蒋介石的主力部队基本上被赶到西南和西北大后方。但日本投降后，在美军飞机军舰的帮助下，国民党军队很快控制华南和沿海及其重要交通线，对新四军、八路军采取由南向北压迫的态势。为了摆脱这一军事上的不利形势，中共中央提出了对南防御，向北发展，全面控制热、察，争取东北的战略方针。为贯彻上述方针，除由新四军及华北八路军派军队和干部进入东北，并由陕甘宁边区派赵承金率原冀中十六团、回民支队，黄永胜、邓华率教二旅两个团，保护数千名干部进入东北外，晋绥军区亦由吕正操、林枫率原冀中三十二团和晋绥部队抽调连以上军官四百余人组成十个团的架子，并于9月中下旬开赴东北。张家口原系德王伪蒙疆自治政府的首府，"八·一五"苏军越过长城缴了日军的械后，八路军乘机进入，遂定为晋察冀边区的首府。这一地区为陕北通东北的孔道，战略地位极其重要，故晋察冀与晋绥两地区的部队必须投入全力，与傅作义争夺这一地区。
抗日战争胜利后，晋绥地区群众参战情绪空前高涨，晋绥部队很快发展到六万人。为了适应新的战略形势，加强主力，除原有九个主力团外，又将各军分区的支队整编成十九个独立团，编组成四个正规旅和三个地方旅，另外还有一个骑兵旅，并将部队和领导干部重新做了调配：一二○师主力三五八旅，系三团制编制（七一五、七一六、八团）旅，旅长黄新廷，政治委员余秋里；独一旅（七一四、二团）和独二旅（三十六、二十七团）均系二种团制编制旅，前者旅长王尚荣，政治委员朱辉照；后者旅长许光达，政治委员孙志远。另以师部特务团和十七团编组为独立第三旅，以杨家瑞为旅长，金如柏为政治委员。经过这一整编，大大加强了晋绥部队的战斗力。
根据中共中央确定的南守北攻的方针和晋绥的具体情况，晋绥分局和军区确定了今后一个时期的作战方针：控制雁北及绥远大部，使晋绥与热察直接联系，以保障热察根据地侧翼的安全。为此，除留地方部队由张宗逊、罗贵波指挥，执行控制晋中平原，配合太岳与晋察冀部队造成包围太原的形势等任务外，另外则由贺龙、李井泉等于9月上旬率黄新廷、王尚荣、杨家瑞三个主力旅，由文水、离石、临县地区北上。10月中旬集结于雁北左云一带，准备与聂荣臻领导的晋察冀野战军配合，组织绥远战役，打击进犯张家口的傅作义及侵入大同的马占山等顽军。自此以后就进入了解放战争阶段。
二晋绥八路军大反攻敌我双方战斗序列
（一）中共军队方面
陕甘宁晋绥联防军司令员贺龙副司令员徐向前（兼参谋长）萧劲光晋绥野战军司令员贺龙政治委员李井泉第三五八旅旅长黄新廷政治委员余秋里独立第一旅旅长王尚荣政治委员朱辉照独立第二旅旅长许光达政治委员孙志远独立第三旅旅长杨家瑞政治委员金如柏吕梁军区司令员张宗逊政治委员罗贵波第三军分区司令员杨家瑞第四军分区司令员杨秀山第七军分区司令员马佩勋第八军分区司令员王长江。
雁门军区司令员吕正操政治委员高克林第一军分区司令员马仁兴第二军分区司令员许光达第五军分区司令员张宗英第六军分区司令员孙超群第十一军分区司令员黄立清绥蒙军区司令员姚喆政治委员张达志塞北分区司令员姚喆骑兵旅旅长康健民。
（二）日伪军方面
1.日军
驻蒙军司令官根本博第二混成旅团旅团长渡边渡（驻张家口）第三混成旅团旅团长山田三郎（驻崞县）第八十三步兵旅团旅团长（驻平遥）。
第四独立警备队司令官坂本吉太郎（驻内蒙古）。
2.伪军
蒙古军副总司令李守信绥西联军司令王英东亚日军司令白凤翔太原保安司令赵瑞第十节晋察冀八路军的反攻一晋察冀八路军反攻全过程晋察冀八路军的大反攻起了掩护八路军、新四军向东北挺进的战略作用。晋察冀抗日根据地经1942年冈村宁次指挥几个师团疯狂大"扫荡"之后，平原基本上丧失，山区大大缩小，使边区军民陷入了极端艰难的境地。1943年夏，日军在太平洋战场的形势开始逆转，日军大本营从我国大陆调部队增援，敌后形势开始缓和。当年夏，杨成武、林铁率精干部队进入冀中，在武工队的配合下打击敌伪，平原工作开始恢复。1944年春，日军为打通大陆交通线，进一步从华北敌后调走精锐部队，长期控制平汉地区的第一一○师团调河南，盘踞平津和津浦地区的第二十七师团先调伪满，后又转向湘桂战场，因而晋察冀边区周围的日军兵力更加薄弱。晋察冀边区的八路军和其他地区中共领导的军队在延安第十八集团军总部命令下，从1944年初开始了对周围敌伪的局部反攻。