而马铮所部在攻占大同之后，几乎是顾不上休息，在突击旅的开道下，大军一路向南，在短短不到一天的时间内连克浑源和怀仁两县，兵锋直指日军独立混成第二旅团驻地朔县。
就在同一天，八路军晋察冀军区第三军分区主力两个团突然袭击了广灵，第四军分区主力四个团围攻灵丘，经过一昼夜的攻击，于6月15日凌晨四点，终于攻克这两座县城，至此晋北只剩下天镇和阳高两县还在日军的控制之中。
而马铮所部并没有就此停下攻击的步伐，在怀仁休整了半天之后，整编一师、军区直属突击旅、炮兵旅组成的打击群继续南下，于15日下午六点抵达山阴县，并且于驻守山阴的日军独立混成第二旅团第一步兵大队展开激战。
日军仗着坚固的城防工事死守山阴，阻击马铮所部南下，同时也有固守待援的意思。毕竟山阴要是失守，下一个目标就是朔县，而此时日军第20师团的前锋已经走到了代县，只要他们能坚持两天的时间，第20师团就一定能抵达，到时候不说反击不反击的问题，最起码朔县是保住了。
但是马铮所部却没给黑田重德这个机会，大军围攻山阴的同时，黄思成派出一支偏师突击应县，克之！随后大军由应县直插朔县，直捣黄龙。
6月16日，整编一师二旅重兵围攻朔县县城，在大量的炮兵的配合下打的日军溃不成军。独立混成第二旅团旅团长知道大势已去，当即命令城里仅剩的两千多守军立即由南城门撤出，撤往神池，甚至于连山阴县城的那个步兵大队也顾不上了。
在攻占朔县之后，整编一师主力一部回援山阴县城，大势已去的日伪军在坚守了八个小时之后，在兵员损失惨重的情况下向马铮所部投降。而此时日第20师团的先锋部队已经过了代县西北的关帝庙，距离朔县县城不足三十公里了。
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