八路军群雄在敌后大战日军。
太原失守后，国民党军队退到黄河以南，留下八路军在华北坚持开展独立的游击战。刘伯承随时在琢磨打击日军的战术。有一次，他和参谋处长李达策马同行，坐骑突然不安地嘶叫，拼命向前奔跑。他们勒马站定，发现一群黄蜂在马屁股上和肚子上乱蜇。 “这么个庞然大物，还怕小小的黄蜂”刘伯承若有所思，“嗯，我看这好有一比。”
“比什么呢？”李达很想听下文。
刘伯承来不及回答，又有一群黄蜂飞来，坐骑战栗，嘶叫两声，朝前奔跑。刘伯承指着黄蜂说：“这就好比游击战。你看这黄蜂虽小，威力却大。这马好比日军，装备精良，训练有素，是个庞然大物。这黄蜂好比我们游击小组，短小精悍，行动灵活。”
接着，他们从黄蜂谈到八路军一个连打“麻雀战”的范例。
1937年冬天，日军大约六百名步兵和一小队骑兵在范村附近向八路军进攻。八路军只有一个连，战士们分散在十多公里的广阔地带上，从四面八方向日军袭击，不时改变射击位置。他们好像麻雀一样飞来飞去，日军难以捕捉目标，束手无策，顾此失彼，结果伤亡了近百人，还损失了一辆汽车。
刘伯承他们琢磨出两个新名词：“黄蜂战”和“麻雀战”。这两种战术，八路军经常使用于游击战。
八路军指挥员们牢记着毛泽东在这一年发出的指示:“整个华北工作，应以游击战争为唯一方向。”刘少奇发表了《抗日游击战争中的基本问题》，中共北方局号召“共产党员脱下长衫到游击队去”，坚决而迅速地把党的主要力量从城市转到农村，派遣大批党员和革命分子到乡村去组织人民抗日武装。
八路军在敌后积极地开辟抗日根据地。中共中央所在地延安，也处在抗日战争的前沿。陕甘宁特区在1937年9月6日改名为陕甘宁边区，林伯渠任边区政府主席，管理着二十三个县和两百多万人口。八路军在延安设立的后方总部留守处，在这年12月改编为八路军留守兵团，萧劲光任司令员。原来的地方红军和游击队编成了边区保安队，共五千多人，高岗任保安司令部司令员。另外还有二十多万自卫军，是不脱离生产的人民武装。
延安是抗日民众向往的地方。全国有无数爱国青年和抗日志士投奔这里。高士其是来到陕甘宁边区扎根的第一位自然科学家。1938年元旦的新年晚会上，毛泽东走到他身边，紧握他的双手，说：“欢迎你，中国红色的科学家。”
高士其在一首诗中写出了他初来延安时的激动：
哦，我是一个不能走路的人。不能走路，也来到延安，也要在路旁助威呐喊：赶走日本强盗，还我中华河山！
加拿大胸外科医生白求恩在同一年初到达汉口。他在来华途中丢失了医疗器械，求助于国民政府资源委员会主任叶渚沛。后者慷慨解囊，用多年的积蓄给他购置了全部医疗设备和行装。叶渚沛听说白求恩此行的目的地是延安，大吃一惊，问道：“为什么一定要去延安呢？”白求恩回答：“因为那里是中国抗战胜利的希望。”
当山西战事吃紧的时候，陕甘宁边区的黄河河防受到严重威胁。中央军委决定将神府到宜川以北的河防划分为三个地段，由神府河防司令部、两延河防司令部和绥德等五县警备司令部负责守卫，萧劲光任河防总指挥。
1938年2月下旬，日军山冈师团主力沿汾离公路西进，27日进占黄河东岸的军渡和碛口，猛烈炮击西岸八路军河防阵地。3月13日，黑田重德的第二十六师团两千多人到达神府河防对岸，炮击河防阵地，又出动十多架飞机掩护，开始强渡黄河。八路军留守兵团警备第六团沉着应战，等到日军渡河时，突然集中猛烈的火力打击半渡中的日军，又派部队迂回到河东，袭击日军侧背，毙伤一百四十多人，迫使日军撤退。5月初，日军又多次进犯河防，被警备第八团击退。
在山西的五台山，1937年冬天成立了聂荣臻任司令员的晋察冀军区，下设四个军分区，初步形成了以五台山为中心的晋察冀抗日根据地。当白求恩准备奔赴抗日前线时，毛泽东曾对他说：“中国有一部很著名的古典小说，叫做《水浒传》。《水浒传》写了鲁智深大闹五台山的故事，五台山就在晋察冀。”当他谈到白求恩要去见的人时，又说：“五台山，前有鲁智深，今有聂荣臻。聂荣臻就是新的鲁智深。”
吕正操率军起义两个月之后，在阜平县城见到了聂荣臻。聂荣臻对他说：“你带领部队脱离国民党军，参加八路军，在很短的时间里就和地方党的同志开创了冀中抗日的新局面，这第一步就走得很好”聂荣臻给毛泽东发去一份电报：“必之来，谈很久，印象很好。”“必之”就是吕正操。
吕正操和孙志远要求将他们的部队改编成八路军。聂荣臻用手指着地图对他们说：“你们就在平津路、平汉路、津浦路之间，南边以滏阳河为界，搞冀中根据地吧”冀中根据地很快就从构想成为现实。
太原失守的第二天，八路军第一一五师主力便向晋西南挺进。1938年2月，日军进攻晋西南，阎锡山等人的部队退向山西南部和黄河西岸。第一一五师立即推进到汾阳和孝义地区，阻止日军西进。他们派出工作队开赴石楼、永和等县，开创抗日根据地。3月2日，林彪在隰县以北被阎锡山部队的哨兵误伤，回延安治疗，陈光代理师长。随后，陈光和罗荣桓率领第一一五师主力转入隰县地区，连续同日军作战，歼灭一千多名日军，击毁七十多辆军车，迫使日军向东撤退，粉碎了日军西犯黄河河防的企图，打开了晋西南的局面。