總部首長對于大青山游擊總隊的工作十分重視，要求徐大龍將解放出來的10萬勞工盡可能地武裝起來。

為了加強游擊總隊的管理，總部抽調了各級指揮員550余人，加入抗日游擊總隊，地下黨地方組織雁北行政公署來到了礦區，接管抗日游擊總隊根據地的建設。

在總部的幫助下，大青山抗日游擊總隊進行了擴編，改成大青山抗日游擊縱隊，下轄縱隊部、直屬隊、三個游擊總隊、12個游擊支隊，總兵力65400人，擁有各種槍支23400支，各種火炮45門。

徐大龍暫時留任縱隊長，總部調來的高天明將任副縱隊長，馬振宇任參謀長。

游擊縱隊成立后，面臨的第一個困境就是如何養活這么龐大的一支部隊，不僅如此，還要加上大批的解救出來的礦工。原大青山游擊隊儲存的物資，再加上燕北行政公署籌集的物資，只夠維持這些人一個半月。

徐大龍首先要解決的就是部隊的供應問題。不僅如此，燕北行政公署下屬一共13個縣，土地都十分貧瘠，當地自給自足都做不到。如今已經到了秋天，如果不能夠籌集到大批的過冬物資，用不著日偽軍的大軍前來圍剿，也熬不過這里寒冷的冬天。

徐大龍、孫德勝、高天明、馬振宇經過研究，決定主動出擊，集中大青山游擊縱隊的主力，籌集過冬的物資。

這天上午，孫德勝和魏和尚的騎兵支隊和特戰中隊率先出發，徐大龍、馬振宇率領著兩萬名游擊隊員，乘坐運煤的火車開往大同。

留在大同城里的日軍主要有獨立混成第二旅團旅團部、直屬隊、大同鐵路守備隊等6000余名日軍。

DT市的城防異常堅固，抗日游擊總隊缺乏攻堅作戰的經驗。為了避免遭受慘重的傷亡，徐大龍采取圍三缺一的戰術，指揮部隊從東西南三面向大同城發起了進攻。

經過一天一夜的激戰，日軍放棄了大同城，途經臥虎灣，

向天鎮方向撤退。

日軍在撤退的過程中，遭遇了孫德勝率領的騎兵支隊的襲擊，又扔下了幾百具尸體。

臥虎灣地形復雜，為了避免游擊隊的騎兵遭遇重大傷亡，孫德勝也停止了追擊。

進攻大同的戰役，抗日武裝消滅了三千多名日偽軍，攻占了大同，繳獲了大批的武器彈藥以及各種物資。籌集到了基本上可以滿足抗日游擊縱隊過冬的物資。

為了避免遭遇日軍的圍攻，徐大龍等人在大同城里休整了三天，然后主動放棄了大同退往礦區。

筱冢義男正在調兵遣將，準備對付抗日游擊縱隊，聽說他們竟然攻克了大同城，非常的憤怒。他現在已經不再認為，這伙游擊縱隊只是由戰俘和勞工暴動組成的部隊那么簡單了，認為里面一定有地下黨抗武裝的骨干力量，并且有高明的指揮員在那里指揮。