3月8日，作战命令正式下达，在长达20里的兑九峪谷地布下了一个三面埋伏的袋形阵地，静候敌军自投罗网。3月9日，晋军第二纵队首先向兑九峪以西之大麦郊、阳泉曲推进。晋军第三纵队协同动作，201旅连夜进占原庄、罗巴沟一带山头阵地，准备于拂晓时分配合杨效欧部发动突然袭击。3月10日清晨，红军主力突然从左、中、右三面发起攻击，同时派出快速骑兵向两翼包抄，试图切断晋军李、杨两部的联系，分割包抄，各个歼灭。晋军各部仓促应战，负隅顽抗，十余架轰炸机狂轰滥炸，轮番助战。由于红军攻势猛烈，晋军渐渐不支。阎锡山急调两个团从太原乘车赶来增援。同时又命令第四纵队、第一纵队，向红军侧翼进击，威胁红军后路。晋军总兵力达3个纵队，15个团之多。两军从日出打到午后，一直处于对峙状态，战况十分激烈。

　　由于红军过河不久，没有根据地依托，加之地形不利，武器装备较弱，要一口吃掉这么多敌人确有困难，于是毛泽东和彭总当机立断，命令红军撤出战斗。为保存实力，阎锡山也于当晚命令部队撤出兑九峪地区，放弃捕捉红军主力进行决战的计划，将晋军主力集结布防于汾阳、孝义、灵石、介休一带，沿同蒲路和汾河堡垒线严密设防，防堵红军东进北上，等待援军的到来。

　　兑九峪战斗之后，红军两大主力撤至大麦郊地区进行休整，伺机东进。此时蒋介石应阎锡山的请求，从洛阳、徐州、武汉等地抽调七个师的兵力，兵分三路，入晋增援，阎锡山也积极调兵遣将，企图配合中央援晋大军将东征红军围困于晋西一隅的吕梁山区。

　　针对这种情势，红军总指挥部于3月12日召开了团以上干部会议，决定兵分三路，迅速东进、南下，发动群众，扩大筹款，创立河东革命根据地，积蓄抗日力量。具体的行动方案是：毛泽东和叶剑英率总部特务团和红30军作为中路军，继续转战于晋西；红15军团挥师北上，直捣太原，以牵制调动晋军主力，相机挺进绥远、察哈尔抗日前线；红1军团则南下河东，发动群众，扩红筹款，相机分兵上党，挺进河北抗日前线。

　　3月16日，15军团率先行动，围攻灵石县城，作出了包抄汾、孝之敌，突破同蒲路的态势，掩护1军团向南行动。1军团也于16日开始动作，以急行军进逼同蒲铁路，于3月18日攻占南同蒲线枢纽——南关车站，将同蒲路拦腰斩断，而后星夜兼程，长驱南南，包围洪洞、赵城，奔袭临汾，于4月1日攻占了襄陵县站。之后，红1军团又兵分三路继续南下：红4师活动于汾河、同蒲路以东之古县、安泽、浮山一带，先头进入沁水、高平境内；红2师沿汾河西岸进抵新绛、侯马，而后挥师西进，直趋乡宁、大宁；红1师及军团直属机关居中策应，积极活动于霍县、洪洞、汾城地区。整个河东大地，北起霍县，南到侯马，除同蒲路沿线的几个孤立据点外，广大乡村都布满了红军。红军所到之处大力发动群众，宣传抗日救国，积极筹款扩红。从3月中旬到4月底，短短一个多月即筹款40万元，扩红7000余人，组织地方游击队20多支，创立了20多个乡、村苏维埃政权，播下了抗日的革命火种。

　　红15军团穿越同蒲铁路，突破汾河堡垒防线，转战汾阳、孝义，围困交城、文水，先头骑兵连抵达晋祠、小店，威胁省城太原，迫使阎锡山将晋军主力由晋西南撤回，保卫太原，围堵红15军团，从而有力地配合了晋南、晋西红军的战略行动。3月下旬，15军团由交城县岔口挥师西向，转战于古交、楼烦、静乐、岚县、兴县、岢岚，发动群众，扩红筹款，创立苏维埃政权，把晋西北地区闹了个天翻地覆。

　　这时，红28军奉中央军委命令，在兴县罗峪口渡过黄河，进至晋西北地区，与红15军在临县白文镇会师。为配合南线红军的战略行动，把晋军主力牵制在晋西北地区，红15军团和红28军采用灵活机动的战略战术，在吕梁山区与晋军兜圈子，先后重创尾追之敌。4月下旬，红15军团经大麦郊、双池镇进至隰县蓬门，与转战晋西的红军总部会师。

　　红28军于4月12日奉总部命令，自金罗镇分兵向离石以南黄河沿岸挺进，相机夺占黄河渡口，打通与陕北苏区的联系，保证东征主力背靠苏区。4月13日，红28军进占中阳留誉以东的党家寨等地，向晋军重兵把守的三交镇发起攻击。由于三交镇紧扼秦、晋二省的交通要道，为黄河天险的重要渡口，两军争夺十分激烈。