毛泽东在战略方针的重大决策一旦做出后，确定是坚定不移的，不会因某些一时或局部的因素而轻易改变这种决心。同时，他又密切注意研究变化着的情况，不断总结经验，使做出的决策得到丰富和完善，使它更符合实际情况。八路军一一五师根据毛泽东的部署，迎着敌军疯狂的进攻进入恒山山脉。依托有利的地形条件和作战时机，集中兵力发动平型关战斗，取得了中国军队自抗战以来的首次大捷。歼敌1000余人，击毁汽车100多辆，打破了“皇军不可战胜”的神话，极大地鼓舞了全国人民的抗日斗志。战斗前，毛泽东已同意前方提出的想以一旅集中、相机给敌以打击、暂时不分散的意见。战斗胜利的喜讯传到延安后，毛泽东十分高兴，立即致电前方，庆贺这一胜利。
根据平型关战斗的经验，毛泽东又进一步明确地提出八路军作战的“根本方针是争取群众，组织群众的游击队。在这个总方针下，实行有条件的集中作战。”因此，一一五师随后即于现地活动，派出地方工作团发动群众参加抗日运动。10月25日，毛泽东同英国记者贝特兰谈话时说：“现在八路军采用的战法，我们名之为独立自主的游击战和运动战。”以后，他在《论持久战》中，总结10个月华北抗战的经验，把八路军作战的战略原则确定为：“基本的是游击战，但不放松有利条件下的运动战。”这个提法，同洛川会议的规定是前后一贯的，而在具体表述上更加完备了。
10月初，华北局势进一步恶化。日军占领保定，河北正面战场的抗战基本结束。在侧翼遭受严重威胁的情况下，国民党军队放弃雁门关至平型关的内长城防线，退守太原的北方门户忻口。
为了协助友军作战，毛泽东仔细研究华北战局后，在10月6日致电周恩来、朱德、彭德怀等，要他们转告山西军事当局：敌人占领石家庄后，将向西面进攻，因此龙泉关、娘子关两点应集结重兵坚守，以便主力在太原以北取得胜利；在正面忻口地区的守备和出击中，出击是主要的。并提出：八路军一一五师、一二○师主力将担任从东、西两方破坏忻口地区日军的侧后纵深地区；一二九师主力或全部将使用于正太铁路，发动群众，配合娘子关守军作战。
根据毛泽东“向北突击，掏其空虚后方”的指示，八路军各主力在忻口战役期间有力地配合了友军的行动。第一二○师一度收复雁门关，伏击日军辎重部队，截断了从大同经雁门关到忻口的交通。第一一五师主力夺回平型关，并收复涞源、定县等7座县城，切断了日军从张家口经平型关到忻口的交通线，忻口前线日军只能主要靠空运来维持给养。第一二九师陈锡联团又在10月19日乘黑夜突然袭击阳明堡日军机场，焚毁日机20余架。日军的机械化行动，依赖后方供给的程度很大，八路军各部队的行动，使日军的后方补给线陷于半停顿状态，对正面防守忻口的友军是有力的配合和援助。
在忻口战役期间，右翼晋军有10个团拨归朱德、彭德怀统一指挥。毛泽东就如何对待这部友军，在10月4日致电朱德、彭德怀、任弼时等，叮嘱道：“我们对于国民党交给我们指挥之部队，就采取爱护协助态度，不使他们担任最危险的任务，不使他们给养物资缺乏。对作战应使主要打几个小胜仗，对动员民众应详告以政策、方法，对他们多取商量，表示殷勤爱护之意，力戒轻视、忽视、讥笑、漠不关心及把他们置于危险地位等错误态度。”毛泽东要求他们对全军指战员进行教育，彻底执行这一方针。
在东线，当娘子关告急时，八路军一二九师驰援娘子关，救出被日军包围的友军曾万钟部1000多人。七亘村重叠设伏，黄崖底、广阳山两次伏击，歼敌2000余人，娘子关日军的滞留，使日军截击太原国民党军队的计划破产。
忻口战役是抗战初期华北战场上作战规模最大、战斗最激烈的一次战役，将南下的日军主力挡住了21天。这次战役，也是抗战初期国共两党领导的军队密切配合作战最为成功的一次。由于国共双方在这次战役中诚意合作，取得了较好的战果。
10月中旬，日军主力占领石家庄后沿正太铁路西进，包抄忻口的后方。28日，娘子关失守。31日，阎锡山下令放弃忻口。11月8日，太原失守。华北战场的抗日战争进入一个新的阶段。
2、部署敌后游击战
太原失守后，华北战局发生了一个根本性的变化：以国民党为主体的正规战争已经退居次要地位，以共产党为主体的敌后游击战争开始处于主导地位。
毛泽东敏锐地看清战局的这种变化，立刻对八路军下一步战略行动相应地做出新的部署。
11月8日，太原失守的当天，毛泽东致电周恩来和八路军总部朱德、彭德怀等，以明确的语言指出：“八路军将成为全山西游击战争之主体。应该在统一战线之原则下，放手发动群众，扩大自己，征集给养，收编散兵，应照每师扩大三个团之方针，不靠国民党发饷，而自己筹集供给之。”
这时，山西的国民党军队正在全线溃退，许多地方的旧政权陷于瘫痪或自行消失，备受日本侵略蹂躏的沦陷区人民迫切要求能有人领导他们奋起抵抗，保卫家园。在这样一片混乱的日子中，毛泽东于9日、13日接连发出指示：“华北正规战争结束，剩下的只是红军为主的游击战争了。”因此，他为八路军在山西的行动规定了新的方针：“红军的任务在于发挥进一步的独立自主原则，坚持华北游击战争，同日寇力争，山西全省的大多数乡村使之化为游击根据地，发动民众，收编溃军，扩大自己，自给自足，不靠别人，多打小胜仗，兴奋士气，用以影响全国，促成改造国民党，改造政府，改造军队，克服危机，实现全面抗战之新局面。同时，要准备充分的力量，对付敌人向内线进攻。”
这个方针的基本精神是：八路军在新的形势下，应该消除依赖国民党军队的思想，独立自主地放手发动群众，壮大自己的力量，在敌后广大乡村普遍建立起抗日游击根据地。徐向前回忆道：“那时，有些同志对独立自主的游击战争方针，不甚了了，总想集中兵力打仗，不愿分兵发动群众。毛主席的这一部署十分及时，对我军坚持敌后游击战争，发展壮大自己，有重要指导意义。”
对在敌后开展游击战争和建立抗日根据地的艰巨性，毛泽东有着充分的估计。他清醒地看到，日本侵略军决不会允许八路军在其后方搞得它日夜不得安宁，它“不久即将移主力向着内地各县之要点进攻”。这种进攻将是极端残酷的，因此必须抢在日军行动前做好充分准备。
在这些准备中，最重要的是，要把八路军各部在山西敌后展开的基本格局，在原有基础上稍加调整，进一步作好通盘的部署。他电令第一一五师分成两部分，一部分由聂荣臻率领留在晋东北，继续以五台山为中心开辟晋察冀抗日根据地，该师主力则从晋东北开赴晋西南地区，创建以吕梁山为依托的晋西南抗日根据地；第一二○师以管涔山脉为中心开创晋西北抗日根据地；第一二九师沿正太铁路南下，依托太行、太岳山脉，开辟晋冀豫抗日根据地。
毛泽东这个部署很有战略眼光，这四个区域的地理条件十分优越。第一个区域——晋东北，地处恒山、五台山、燕山山脉的连接地带，可以直接威胁日军占领的平绥、同蒲、正太、平汉四条铁路和北平、天津等大城市。第二个区域——晋西北，位于同蒲铁路大同至太原段以西、长城以南、汾(阳)离(石)公路以北、黄河以东，是中共中央所在地陕甘宁边区的东面屏障和它同华北各抗日根据地相联系的枢纽。第三个区域——晋东南，东起平汉铁路、西至同蒲铁路、北起正太铁路、南至黄河，直接威胁着日军继续向华北进攻所依赖的主要交通线，对坚持华北抗战有着重要的战略支撑作用，也是日后向冀鲁豫平原发展的前进基地。第四个区域——晋西南，也是陕甘宁边区的东部屏障。这四个区域相互呼应，对日军已占领的华北主要交通线和中心城市形成包围或侧面威胁之势。
1937年9月，率部东渡黄河的八路军总部部分领导人朱德、任弼时、左权和邓小平在渡船上。毛泽东的这个布局还有更深一层的考虑。这四个区域不是疠处一隅，而是几乎遍及日本侵略军控制下的山西全境，这就很有象征意义。1938年2月，毛泽东会见美国合众国际社记者王公达时说：“从这些区域看来，中国失去的不过是几条铁路及若干城市而已，其他并没有失掉。这一实例给全国以具体的证明：只要到处采用这种办法，敌人是无法灭亡中国的。这是将来举行反攻、收复失地的有力基础之一。”
毛泽东对前方作战的指导，主要是提出大的方针，对具体作战部署不直接干预。他给八路军总部和各师负责人的电报说：“军委指导只提出大的方针，由朱、彭根据此方针及当前情况做出具体部署。军委有时提出具体作战意见，但是建议性质，是否切合情况，须由朱、彭按当前敌情情形加以确定，军委不加干涉。”这种做法，在抗战初期情况变动快速而通讯又不便的条件下，尤其是十分必要的。
根据毛泽东这个战略部署，八路军各部争取时间，迅速分别开赴指定地区。临行前，毛泽东又叮嘱各路指挥员：“要像下围棋‘做眼’一样，在敌后发展游击战争，建立抗日根据地。”不久，他又作了进一步的阐述：“在这个‘做眼’的问题上，表示了敌后游击战争根据地之战略作用的重大性。这个问题，提在抗日战争面前，就是一方面在全国军事当局，又一方面在各地游击战争领导者，均须把敌后发展游击战争和在一切可能地方建立根据地的任务，放在自己的议事日程上，把它作为战略任务执行起来。”
军区司令员兼政治委员聂荣臻(左2)在前线指挥作战。遵照毛泽东的指示，八路军各师除留一定数量野战兵团作为战略机动外，即行转入创建根据地的斗争，同时分遣有力部分组成游击支队，实施战略推进。聂荣臻率一一五师独立团、骑兵营约2000人，开辟了晋察冀抗日根据地。1938年1月10日，晋察冀边区行政委员会成立，这是中国共产党领导下的第一个敌后抗日民主政权。刘伯承率一二九师主力于1938年初开创了以太行山为中心的晋冀豫抗日根据地。一二○师贺龙部在大力开展晋西北群众工作的基础上，成立游击队和自卫军及各种群众组织，分散开展游击战争，创建了晋西北抗日根据地。3月，一一五师林彪部开辟了晋西南抗日根据地。
与此同时，遵照毛泽东和中共中央发动人民抗战、组织敌后游击的指示精神，中共山东省委于1937年12月和1938年1月，在全省范围内发动了二三十次抗日起义，在冀鲁边、鲁西、泰(山)西、鲁西北、胶东、清河、鲁中、鲁南、(微山)湖西等地区建立了抗日基地。山西青年抗日决死纵队开辟了太岳区。直南、鲁西南地方党组织了游击战。原国民党东北军团长、共产党员吕正操所部回师敌后，打开冀中抗战局面。中共河南省委在豫南、信阳地区组织了多支游击队。湖北省委在鄂东、鄂中、鄂北组织了几支游击队。安徽省工委利用省总动员委员会合法形式，派出30多个工作团在各地恢复党组织，发动群众，还建立了凤阳游击大队。
正当八路军各部按照毛泽东的指示实行战略展开时，日本侵略军果然如毛泽东所预料的那样，对立足未稳的各敌后抗日根据地，采取军事行动了。
在攻入太原前，日军已感觉到它的后方由于八路军的袭击活动而带来的种种困难，但为了实现攻占太原的军事计划，一时还分不出足够的兵力来对付后方。因此，一到占领太原以后，立即就抽出大量兵力来对后方进行“清剿”，为他们的继续南进扫除后顾之忧，这使八路军深入敌后的行动从一开始就面临严峻的考验。
11月下旬，日军首先出动两万兵力配合骑兵、大炮和坦克、飞机分八路向刚刚创建的晋察冀根据地发动大规模的围攻。这是检验八路军能不能在敌后站住脚跟的第一场严重较量。它的成败，对八路军在敌后其他地区创建抗日根据地有着深远的影响。因此，毛泽东对它给予极大的重视。聂荣臻回忆道：“我们留在晋察冀以后，党中央和毛泽东同志一直关心着我们，注视着我们。因为，这是我们党在敌后创立的第一个抗日根据地。”
毛泽东在这些日子里，常常通宵达旦地研究情况，细心地思考着反围攻的对策。11月27日，在这场反围攻战斗打响前，他致电朱德、任弼时，针对八路军占领区域的民众和新组织的游击队缺乏斗争经验，提出要进行三方面的准备工作：一、加强新部队的政治教育和党的工作；二、加强新部队必要的军事和游击战争的训练；三、加强动员地方民众的工作。战斗打响后，毛泽东密切关注着战局的发展，在关键时刻及时指明：对进攻晋察冀边区的敌军，“避免正面抵抗，袭击敌之后尾部队”；“在敌之远近后方活动，使敌进一步仍在我包围中”；“在确有胜利条件下，集结适当力量给敌以部分的歼灭和有力打击”。同时，他要求第一二○师和第一二九师分别在同蒲路、正太路积极活动，给予晋察冀抗日根据地以有力的配合；要八路军总部将日军的行动通知阎锡山和蒋介石，争取友军的援助；还通过进步报纸舆论扩大宣传，使全国军民相信，八路军在敌人后方建立的根据地完全能够迟滞日军的前进。
由于毛泽东提出的这一整套方针和办法得到贯彻执行，晋察冀的反围攻斗争取得胜利。聂荣臻回忆道：“这次反敌围攻，不到一个月的时间，我们接连打了几个胜仗，打死打伤日伪军共一千多人，缴获了大量武器、弹药、军用品。敌人除占领了根据地边缘地区的几座县城外，别无所获，不得不于12月下旬全线撤退。”
日本侵略军自然不肯就此善罢甘休。围攻晋察冀根据地失利后，他们又先后发动对晋西北地区和晋东南地区抗日根据地的进攻。毛泽东继续指导这些地区的反围攻斗争。