甚至于当晋察冀军区部队的1个团于8月20日下午到达娘子关附近的山上，观察娘子关的地形时，该处之敌也未发现，且有几个日本兵，尚在其驻区骑老百姓家的毛驴戏闹。
由于日军毫无防备，所以这一仗刚刚打响就取得了巨大的战绩。英勇的八路军，在攻克了日军大量的据点的同时，还炸断了铁路、公路的桥梁、炸倒了车站上的水塔。
与此同时，八路军还大量的发动人民群众，正规部队同民兵及群众一起分段拆毁日军正在运行的铁路，挖断了公路，运走了大批的钢轨进行炼钢，烧毁了无数的枕木与部分车站房屋；拆除行车的信号与道叉连结部；拔走和锯断了大批的电线杆，撤收了长距离的电线，给日军造成了巨大的损失。
这也就罢了，最让日本鬼子感到心惊的是，八路军的疯狂行动还使日军在这些地区分散配置的各小据点遭到了毁灭性的打击。
日军的这些据点多数是驻扎有1个分队的步兵，然后辅以少量的伪军，而且部分相对比较分散，一旦遭到八路军的围攻，能守住的可能性微乎其微。
除了破坏公路铁路和桥梁外，八路军的主力部队还对日军驻守的重要城镇发动了大规模的进攻。8月20日这天，第42集团军在发起进攻后，破袭了同蒲路北段的一些主要公路后，还攻克了宁武以北的阳方口等车站和静乐县以东的康家会、以南的丰润村。
此外还破坏了同蒲路的北段和忻县向西至静乐、汾阳向西至离石等各处公路，打下了7座镇子，一战击毙击伤日、伪军共800多人。
而晋察冀军区主力于战役开始后，即向石家庄以西至娘子关的正太路东段，发动进攻，歼灭了蔡庄、地都、北峪、南峪等据点中的敌军，收复了这些地区。
此外晋察冀军区的部队在对铁路、桥梁进行大破坏的同时，攻进了井陉煤矿区，俘虏了日籍工程技术人员，破坏了采矿设备，更重要的是还解救了大量的矿工。
第129师，从战役开始后即对娘子关以西直至榆次铁路沿线的敌据点展开攻击，同时破坏桥梁和铁路。
经过一天一夜的战斗，129师主力一度攻至阳泉郊外，并占领了狮垴山。
由于129师的广大官兵战斗意志顽强，行动迅速，硬生生打退了敌独立混成第4旅团直属的炮兵、工兵、辎重兵及其独立步兵第15大队1部连续数天的反扑，掩护阳泉以东、以西的部队，在铁路沿线进行破袭。
鉴于八路军攻势非常的猛烈，当时在阳泉的日本侨民约为500人，他们绝大多数的人以为这次已无活的希望，因而不少穿上好衣服等死。
八路军的突然反击，不但出乎了所有人的预料，还直接打乱了日军的计划，迫使华北方面军不得不调整部署。
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