从1937年8月下旬起，八路军主力陆续东渡黄河，开赴华北抗日前线作战。与此同时，为保卫中共中央所在地陕甘宁边区，中共中央军委决定，由萧劲光率八路军一部分兵力留守陕北，固守黄河河防，防止日军对陕甘宁边区的进犯。
1938年开始，日军频繁向陕甘宁边区河防进犯，企图切断边区与山西各敌后抗日根据地的联系，威助中共中央的安全。根据中共中央的命令，八路军河防部队迅速修建起有相当纵深的坚固防御工事，并日夜侦察敌情，在千里河防线上严阵以待。
2月底，日军炮轰黄河西岸宋家川渡口，并派小股部队强渡黄河做试探性进攻，被八路军击退。3月2日，日伪军自河曲、保德间渡过黄河，侵入府谷县城。两天后，八路军河防部队击退了侵入的日伪军，并收复该城。
3月13日，日军在飞机和炮火的掩护下抵达神府河防对岸，强渡黄河。八路军河防部队待日军蜂拥渡河时集中火力出击，并通知晋西北八路军部队猛击日军侧背，终于击退来犯之敌。
5月初，在得到日军准备渡河的情报后，河防部队警备第八团先于敌人悄悄渡河，在汾离公路沿线伏击、骚扰敌人后方。5月10日晚，警备团选择进抵王老婆山的一个日军联队，乘黑夜对其发起突袭。日军在八路军的突然打击下，没到黄河岸边即行溃败。
通过几次战斗后，八路军河防部队各部队通过及时总结,取得了一些实际而有效的经验。其中主要是两条:一条叫“半渡而击”———击敌于岸边上船处,或击敌于航渡中,或击敌于登陆之际;另一条叫“主动出击”：派部队到河东去袭击敌人后方，以配合部队的正面防御作战。到1939年，这些作战经验已经在部队中得到推广。
12月下旬，日军集结兵力，分三路扑向黄河东岸马头关、凉水岩、泥金滩渡口。1939年1月1日，敌人在飞机投弹轰炸的掩护下强渡黄河。八路军河防部队沉着应战，集中火力猛击强渡之敌船，击沉敌船多只。与此同时，晋西南抗日根据地八路军部队不断袭击敌之辎重与增援部队，迫使日军退却。八路军乘胜追击，收复土门、黑龙关、大宁、吉县等城镇。
1939年5月，日军调集兵力分两路向边区河防发起进攻。日军一路占领碛口，一路占领柳林，企图借分进合击之势，夺取军渡。八路军河防部队一面把日军堵截在渡口，使其无法向纵深发展，一面与晋西八路军部队密切配合，在汾离公路附近相继打击敌人援军和补给。经过6天激战，日军全线溃退，八路军部队乘胜收复军渡、柳林，攻占汾阳城。
6月初，日军调集3万余人，企图从宋家川和马头关渡口突破边区河防。八路军依然使出“老战术”———河防部队以猛烈的火力击敌于半渡之中，河东部队猛袭日军侧后。经过3昼夜的激战，日军不支，再次败退。八路军河防部队又乘胜出击，收复了李家垣、柳林等地。
9月，日军改编战术，为作持久进攻准备，企图修筑永久性工事。八路军河防部队派出小股部队进驻河东，日夜袭扰，最终迫使敌人放弃了工事。
为了加强陕甘宁边区的军事力量，1939年10月，中央军委先后调八路军第一二跂师第三五九旅等部队，从晋察冀抗日根据地回师边区保卫河防，加强了边区的守备力量。
11月20日，日军又拼凑万余人，准备强渡佳县渡口。23日，日军强渡，八路军河防部队立即以密集火力封锁河面，日军在渡船损失惨重下仓皇撤退。
1940年4月初，日军向宋家川渡口发起猛攻，八路军河防部队英勇反击，昼夜坚守阵地，多次击退渡河的日军。在敌人疲惫之际，河防部队炮兵突然轰击日军炮兵阵地，第三五九旅一部渡河主动出击，日军根本没有料到八路军会主动出击，一时间丢弃大炮、渡河器材等狼狈败退。此后，日军虽依然调集兵力进犯河防，但攻势已成强弩之末，均被八路军河防部队“轻松击退”。随着1944年9月八路军配合当地游击队夺取军渡玉皇顶，敌人再也无力发起渡河攻势了。
八路军河防部队在晋西北、晋西、晋西南八路军的配合和边区人民的支援下，先后对日作战达百余次，粉碎了日军对河防的23次进攻，歼灭敌人近万人，胜利完成了保卫边区河防的任务，创造了“抗战史上江河防御作战中绝无仅有的战绩”。
