立牢固的抗日敌后根据地，进行卓有成效的扩军以及扩编。120师与129师则继续在山西、河北一带进行扩编；其中，晋系军阀阎锡山发动十二月事变，围攻薄一波领导的山西新军，事后五万余山西新军编入八路军120师、129师编制。1940年3月，日军扶植汪精卫的“南京国民政府”成立。抗日局势日趋恶化下，1940年，八路军晋察冀军区、120师、129师发动20万人参加的百团大战，与日军展开大规模正面作战。该战役虽然获得大量武器装备、以及提升全国民众抗日气氛。但亦造成八路军大量伤亡，以及日军、国军对八路军实力的正视。此使