1945年8月，八路军晋绥军区部队在贺龙、李井泉统一指挥下，向敌展开反攻作战。11日至20日，南北两线进行以太原、归绥为中心的反攻作战，斩断同蒲路，迫使敌人退守大中城市和重要据点。北线部队收复了陶林、武川县城和察素齐、旗下营等车站，从四面包围了归绥市。18日向归绥发起攻击，迅速突入城内，将日军300余人和伪蒙军1000余人包围于大十字街。正当伪蒙军要求投降之际，国民党军傅作义部及挺进纵队等部共3000余人，与从包头市东退之日军一起，配合归绥城内的日伪军，夹击晋绥军区攻入市区的两个团。因众寡悬殊，该两团被迫撤至城外，归绥城被傅作义部占领。在此期间，晋绥军区北线其他部队先后攻克左云、右玉、平鲁、朔县等城镇，将同蒲铁路拦腰切断。并全歼了清水河城内伪军1000余人。南线部队先后收复了朔县和宁武等县城和汾阳附近的协和堡、太原外围据点多处，并一度攻入太原县城。与此同时，晋冀鲁豫部队向太原以南进逼，太原已处于八路军的四面包围之中。经过10天的反攻作战，晋绥军区部队已逼近归绥、太原两城和平绥、同蒲铁路两侧。日军放弃中、小据点，向大同、太原、汾阳、平遥等大中城市集中。南线部队夺取太原至汾阳铁路沿线上的县城及离石、柳林、大武等县城。贺龙、李井泉率独立一旅和三五八旅，于8月19日由陕甘宁边区东渡黄河，参加大反攻作战，相继解放文水、静乐等县城。在大反攻中，晋绥军区共毙伤日伪1.6万余人，俘日伪军5000余人。解放了大片土地。