日军合围扑空，即以一部兵力在根据地内建立临时据点，对根据地基本区实行严密的分割和封锁，其主力则继续寻找八路军主力作战。8、9两日，日军一部合击芦山，鲁中军区司令部遭到袭击，军区司令员刘海涛牺牲。

    12日，进入鲁中沂蒙山抗日根据地的日军转入分区“清剿”，将沂蒙山抗日根据地分为4个“清剿”区：一是以南墙峪为中心的北蒙山区，一是以孙祖为中心的南蒙山区，以上两区为“清剿”的重点；其次是以铜井、界湖为中心的东蒙山区和以朱满为中心的西蒙山区。日军每“清剿”一地，即挨户搜查根据地的党政干部和失散人员及伤病员，对根据地基本区实行“三光”政策。许多村庄被洗劫一空，大批村庄被烧成一片废墟。日军还赶修临时公路网，严密分割封锁根据地，以限制八路军主力机动，为长期控制沂蒙山区作准备。

    为粉碎日军的“清剿”，保卫根据地，第115师除令教导第2旅、山东纵队第2旅主力在外线滨海区积极破袭日军公路、据点外，中共山东分局和第115师师部又率山东纵队第2旅、蒙山支队、抗大第1分校各一部返回沂蒙基本区，配合当地游击队和民兵，打击日军的“清剿”、“搜剿”分队，镇压汉奸，支援广大群众在内线坚持斗争。

    14日，日军集中7000亲人兵力，反复合击蒙山西部地区。为判明日军“扫荡”动向，中共山东分局和第115师领导机关进至东西蒙山之间的大谷台。17日午后，日军从空中侦察发现后，即对大谷台进行合击，中共山东分局和第115师领寻机关遂东越临（沂）蒙（阴）公路，进入沂蒙山基本区的北材，指挥内线部队在垛庄、绿云山等地，以伏击、袭击，阻击等战术打击分散“清剿”之敌。同时，抽调大批干部分赴各地，领导群众开展抗日游击战争。

    30日，中共山东分局和第115师领导机关转移至大谷台以南大青山时遭日军合击，受到很大损失，山东省战时工作委员会秘书长陈明、第115师敌工部副部长王立人、国际友人德国记者希伯、山东纵队直属第3团政治委员刘涛等牺牲。

    12月4日，第115师直属队及蒙山支队又在瓦城子一带再次遭到合击。为了保障安全和不问断地指挥作战，中共山东分局和第115师领导机关遂再次转向外线，进入天宝山区，内线作战部队由迟回坦埠地区的山东纵队统一指挥。12月11日，山东纵队领导机关在蒙阴以东的高湖地区遭日军合击，山东纵队宣传部长刘子超等牺牲。

    12月上旬，日军第12军除留少数部队建立据点，扶植伪军，巩固其占领区外，以部分兵力分别对天宝山和滨海区进行“扫荡”，掩护其主力撤退。根据地军民以广泛的群众性游击战不断袭击残留在根据地内的日伪军。23日，日军主力分路撤退，八路军乘机反击，收复村镇。至28日，基本恢复沂蒙山区抗日根据地，反“扫荡”作战结束。

    在将近2个月的反“扫荡”中，八路军共作战150余次，歼敌2000余人，打破了日军的“铁壁合围”，保存了有生力量，坚持了沂蒙山区的抗日斗争。但根据地军民也付出了重大代价。八路军伤亡1400余人，群众被杀害或被抓走1.4万余人，损失粮食160余万斤，基本区四分之一以上的房屋被烧毁经过此次“扫荡”，日军将台（儿庄）潍（坊）、临（沂）蒙（阴）、沂（水）临（沂）等公路打通，在沂蒙区增加了近70个据点，从而构成对八路军根据地的严密分割封锁。