日军第一军主力终于冲出了包围圈，但已经付出了极其惨重的代价。
从太原撤退时的六万两千余人，一路上被飞机轰炸、被八路军阻击、被快速支队追击，到冲出包围时，只剩下三万余人。加上第26师团接应时损失的数千人，日军在整个撤退过程中伤亡超过四万。
而冲出包围的日军也不敢在大同停留，因为平西兵团的主力正在快速逼近。
梅津美治郎下令，全军继续向张家口撤退，黑田重德也放弃了大同，带领第26师团残部充当后卫部队。
八路军120师和平西兵团快速支队连夜追击，又歼灭了第26师团两千余人。
五月三日，平西兵团快速支队和八路军329旅攻占天镇。
至此，山西全境光复。
日军山西第一军、第26师团总兵力约十四万人，最后只有四万余人安全退出山西。伤亡近十万人，基本上等同于全军覆没。
......
五月四日，八路军总部明码通电全国。
“八路军联合冀鲁豫战区平西兵团，鏖战一月，山西全境光复。毙伤日军约十万人，缴获无数。”
这个消息一出，举国沸腾。
重庆、成都、昆明、西安、延安……各大城市的街头都举行了庆祝游行。学生们举着旗帜，高呼口号。报童在街上飞奔，报纸被一抢而空。
“山西大捷！歼敌十万！”
“八路军与冀鲁豫战区联合作战，光复山西全境！”
社会各界纷纷组织捐助。海外华侨也踊跃捐款，支援抗战。
但重庆的国府高层却是另一番心情。
大队长在官邸里看着战报，面色阴沉。
“山西是光复了，但阎百川的地盘，现在被八路军占了一半。”大队长敲着桌子，“八路军各部全部使用了苏式武器，参战兵力超过二十万。这又是一大心腹之患啊。”