他和副师长徐向前、政委邓小平仔细研究了这些情报，认为可以在东阳关和涉县之间的响堂铺一带再组织一次伏击。这里地形比神头岭更理想，公路几乎就是一条小河的河滩，碎石满地，汽车不便行驶。路南是高山，多悬崖峭壁，不易攀登。路北为起伏高地，多谷口，利于隐蔽和出击。在这里伏击，兵力好展开，进退两便。
3月21日，刘伯承到沁县小东岭八路军总部开会，接着参加东路军将领会议。因此决定伏击战由徐向前指挥。
3月30日夜，徐向前、邓小平率师主力3个团在响堂铺周围设好了伏击圈。次日晨6时，第七七二团接到下属部队报告：后方马家峪、苏家峧两地突然出现敌情。第七七二团以为敌人发觉了伏击企图，这是派兵来迂回伏击部队侧背，截断退路的，于是立即报告给第三八六旅。第三八六旅一面转报师前方指挥所，一面准备转移。
后路被截的消息报到师前方指挥所，人们不免有点惊慌，气氛立即变得紧张起来。
徐向前端坐在一张长方形的小桌前，没有说话，略略思索了一会，他转身跟邓小平说：“我看先不忙撤退，进一步核实一下敌情再说。”邓小平点点头：“好！就按你的意见办。”徐向前对作战参谋说：“通知各部队继续隐蔽侍命，令第七七二团派一个营进到马家峪监视敌人，并火速查明当面敌情，敌人兵力多大？有无后续部队？查明后立刻报来。”
徐向前又让作战科副科长邓仕俊化装，赶往东阳关，了解关内日军的动态。
7时许，第七七二团的报告来了。说经查证，苏家峧并未失守，前来进攻的敌人已被击退，撤回东阳关去了，看来没有发现我方伏击企图。马家峪方向的敌情属误传。马家峪至东阳关的道路上没有日军开来。第一营正在马家峪一带警戒。
邓仕俊也赶回来报告：通过内线得知，关内敌人没有出动迹象，汽车未集中，弹药未出库，也未见到翻译官到日军队部去。
徐向前放心了，对参谋下令：“通知各部按原计划行动。”
9时，日军第十四师团辎重部队森本、山田两个汽车中队从东阳关开到了响堂铺。他们分属黎城、涉县两个兵站，前一天才汇合到黎城。
日军的汽车开到碎石路上，不得不减慢速度，200余辆汽车足足拉了10里长，活象一条缓缓蠕动着的长蛇。埋伏在右翼的第七七一团等车队过去一半，突然向它的后尾射击，激烈的战斗就此开始。紧接着，全线的枪声响成一片，机关枪、步枪喷吐出一股股火柱，迫击炮弹带着一道道弧线飞向汽车，手榴弹成堆地甩进敌群。日军毫无防备，被这突如其来的打击吓得手足无措，有的连枪栓都没来得及打开，就一命呜呼了。一部分日军慌乱地跳下车来，或钻到车底下，或卧在公路边，据枪还击。汽车组成的长蛇瘫痪了，有的汽车油箱中弹起火，大火迅速蔓延，滚滚浓烟随风升腾，公路上霎时形成了一条火龙。
战士们乘势冲上了公路，端着刺刀、矛子对日军猛刺。日军持枪对抗，很快就招架不住了。
战斗进行了两个小时，公路上的日军就全部被消灭了，有30余个敌人从混乱中死命攀上路南崖壁，狼狈逃逸。
伏击战打响后，西边敌人由黎城出动步骑兵300余，通过东阳关前来增援，第七七二团第三营候个正着，在关外一顿猛揍，把日军打得掉头而逃。
东边日军由涉县乘着6辆汽车，倾巢出援，走到椿树岭，第七六九团打援部队实施密集火力拦击，打中1辆汽车，其余5辆吓得缩了回去。
当天中午，已经从八路军总部返回师后方指挥所的刘伯承接到徐向前、邓小平发来的电报：黎城敌汽车共有30辆，涉县敌汽车百余辆已被我截击，烧毁者约180辆，约计缴获步枪300支以上，轻机枪10挺以上，迫炮4门，弹药甚多。我伤亡200人左右，现正解决敌之增援队。
请刘速动员至少400以上民夫、驮驴赶来秋树垣搬运胜利品及伤员。
刘伯承看完电报，立即下令，司令部和供给部的干部带领战士、民夫赶去打扫战常徐向前、邓小平回到师后方指挥所，刘伯承笑着迎了上去，“我们刚一分开，你们就打胜仗啊！”他由衷地赞扬着。随后，徐向前谈起了有关战况：“大约有400多鬼子被打死，森本少佐也在里边。活捉了3个日本兵。
可惜有30多个鬼子钻了我们路南山地没有伏兵的空子，突围逃走了。这次我们炸毁的汽车，加上椿树岭打援时击毁的那一辆，一共是181辆。”
“这次战斗击毁汽车181辆，这可是破天荒头一回！伤亡情况怎样？”
刘伯承边赞叹边关切地问。
“阵亡了两位连长和一位排长，负伤的有营长、教导员各一，还有几名连排干部。政工干部表现得很勇敢，带头冲锋，打得很顽强，牺牲6人，挂彩5人，战士的伤亡数是292名，加上干部，总共317名。这次伏击总的打得不错，可是也出了一点差错，炮兵和步兵没有配合好，由于战斗过程进展很快，第七七一团炮兵在开始向预定目标射击之后，没有及时前移阵地，因此误打了自己的步兵，造成20余人伤亡。”
“这是炮兵缺乏经验，要让他们认真总结一下。”
刘伯承给响堂铺伏击战以很高的评价，认为它是伏击战斗的典型范例之一，并在战斗总结中概括出了五条经验：侦察判断正确，伏击地区良好，伏击布置妥当，出击突然猛烈干脆，撤退敏捷严整。同时专门称赞了徐向前：“当时风传在我后路上苏家峧有敌人到来，但我们老练的高级指挥员能沉着判断其不确，因而未放弃这一胜利的战斗。”
神头岭、响堂铺连续两次伏击战和八路军在晋东南、晋西的作战，使晋南日军痛感后方不稳，交通运输受到严重威胁，向黄河对岸的进攻有后顾之忧，于是决定调整部署，回过头来先对付八路军。
3月中、下旬，日军第一〇八师团在晋西南向八路军第一一五师进攻。
第一一五师第三四三旅等部队英勇抗击，采取先疲后打、袭扰诱歼、奇袭猛攻的战术，前后歼敌近2000名，陷敌于惊恐不安之中，迫使敌人退缩同蒲路沿线，转攻为守。第一一五师乘势分兵发动群众，创立晋西抗日根据地。
4月初，日军转向晋东南用兵，华北方面军第一军司令官香月清司，在分兵津浦路的情况下，仍倾全力抽调了所属各师团步兵8个联队，骑、炮、工、辎重兵各一至两个联队，共计3万余人，对第一二九师和太行根据地发动了九路围攻。
日军从东、南、西、北4面进犯。东南驻邯郸地区的第十六师团一部由邯郸、邢台分两路西进；南面驻临汾、长治地区的第一〇八师团作为主力，由沁源、沁县、长治分三路北进；西面驻太原地区的第一〇九师团一部由榆次、太谷分两路东进；北面驻石家庄地区的第一一四师团一部由阳泉、赞皇分两路南进。合击目标是清漳、浊漳两河之间的武乡、榆社、辽县地区，企图围歼八路军总部及第一二九师主力，预定4月8日开始行动。
刘伯承与徐向前、邓小平早就获得了敌人要进行围攻的情报。在缴获的日军文件和士兵的家信里，载有“4月上旬进行大攻击”的内容；铁路沿线的游击队和自卫队不断送来敌人频繁调动、集结的情报；第一一五师通报晋西日军向东收缩。他们据此判断敌人这次围攻规模较大，来势很猛。第一二九师应预有准备，与八路军其他部队和国民党友军密切配合，发动根据地群众广泛开展游击战争，为主力兵团相机歼敌创造条件，各方团结一致地粉碎日军的围攻。
他们及时向八路军总部报告了自己的判断和准备采取的措施，总部表示同意，并制定了以一部兵力钳制日军其他各路，集中主力击破其一路的作战方针。
4月2日，刘伯承与徐向前、邓小平率第一二九师主力进驻辽县以南的西井，南、北委泉，源泉一带。4月5日，他们在一起商量反围攻问题。刘伯承提出：这次日军围攻是四面合击，第一二九师作为反围攻的主力要实现击破一路的目的，不能化整为零地在合击圈内与敌周旋，因为两条漳河之间的活动余地较小，根据地又是初创，群众尚未完全发动起来，这样做的结果将会陷入被动。应该立即转到合击圈外去，在武（安）涉（县）间活动，保持强有力的突击力，打击日军的后方和补给线，错乱日军的作战步骤，当日军因疲惫混乱撤退时，抓住它薄弱的一路予以猛袭，一定会收到奇效。
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