山西新军的不断发展,引起阎锡山的恐慌,他认为共产党已经独立控制这支队伍,于是阎锡山勾结蒋介石发起第一次反共高潮。1939年12月,他出动六个军的兵力,向新军进攻。新军立刻派出四个纵队和三个旅的武装力量奋起反击,在八路军支援下,粉碎了阎锡山的进攻。之后,新军“决死队”第一、第三纵队正式加入八路军一二九师的序列,第三、第四纵队加入了八路军一二○师的序列。1940年8月在华北战场上,八路军以近百个团的兵力,同日军展开大规模战斗,并取得辉煌战果,这就是著名的“百团大战”。山西新军作为八路军的一部分,参加了“百团大战”。