留约10个团兵力继续阻挠道路和桥梁的修筑，主力则把战斗对象转移到铁路交通线两侧的日本守军与被抗日根据地包围的日军据点，目的是巩固并扩大战果，其中以榆辽战役、涞灵战役最为激烈。延安地区、山东地区、安徽地区的八路军也投入作战。日军也投入使用了战争公约所禁止的毒气与生物武器展开反扑，战争也进入相持阶段。1940年10月3日至11月2日，日军发动晋察冀边区肃清作战，派遣临时第101混成旅团（驻蒙军、第1军、第110师团、独立第十五混成旅团）参与战斗。
第三阶段（1940年10月6日－12