正在游击军集中整训时，9月中旬，日军三个师团和三个独立旅团共5万余人，以北岳根据地的城镇和领导机关及主力部队所在地为目标，进行第二次分进合击、多路围攻。并叫嚣要“南取广州、中攻武汉、北围五台”。根据敌人的行动特点，军区以“基本的是游击战，但不放松有利条件下的运动战”的指导思想，指挥全区部队投入战斗。游击军全部参加了这次反围攻作战，在唐县地区的杨家岭、东口底和马家庄一带，执行阻击日军由保定向根据地纵深进犯的一个加强联队1000余人的作战任务。当日军得知游击军是伪保满纵队的起义人员时，便派飞机向游击军阵地散发传单，妄图瓦解这支新生的抗日队伍。但游击军中这些恨透了日本鬼子的广大官兵，不但没有动摇，反而进一步激发了他们的抗日热情。广大指战员在王溥带领下纷纷表示：“人在阵地在，剩下一个人也不后退!”日军见瓦解不成，便气急败坏地向游击军阵地发起一次又一次地猛攻。游击军凭借有利地形，与敌人拼死相争。连战数日，日军始终没有攻破游击军的阵地，只得撤回原地。这是游击军成立后首次执行阻击作战任务，取得了歼敌200余人的丰硕战果，沉重地打击了日寇的进攻。北岳区的第二次反围攻作战，历时48天，游击军与兄弟部队一起在军区统一指挥下，取得了全面胜利。
     游击军成立后，由于战事紧迫，没有来得及很好的进行政治改造，军内“三青团”分子比较多;还有少数反动军官在暗中活动，发展个人势力;贪污、腐化、赌博现象还很严重;也还有个别分子，逃跑或企图逃跑的事件时有发生;党的组织尚未建立。为了逐步改造这支部队，加强党的领导和政治工作，1939年先后从分区抽调了部分骨干到游击军各支队、大队担任教导员、指导员。这些政工人员到任后，开展了党的政策和我军的性质、任务、宗旨教育。在教育提高的基础上又开展了控诉日寇罪行和诉苦活动。广大干部、战士的阶级觉悟有了一定的提高。接着，揭发出了原司令员李允声阴谋叛变的活动，清除了埋藏在部队内部的隐患。同时，使一些不良行为、非组织活动，得到了纠正，为进一步改造这支部队打下了思想和组织基础。
     王溥不但在起义中发挥了重要作用，起义后，他拥护中国共产党的领导，认真执行党的各项方针政策，团结广大官兵，为改造这支部队又做出了新的贡献。1939年7月，他由厉男介绍加入了中国共产党。

     王溥入党后精神面貌发生了很大变化，对部队的管理更加认真负责，对游击军的领导作用更加加强。在不断与日伪军作战的同时，遵照中央军委和晋察冀军区关于整训部队工作的指示和训令，晋察冀各部队从1940年1月至6月，开展了政治整军运动，目的是加强党对军队的绝对领导，提高部队战斗力。为了使游击军早日成为一支政治、军事过硬的抗日武装，1至2月间，游击军进行了第二次整训。整训中首先学习了军区编写的《目前形势和党的任务》、《坚定我们的政治方向》等教材，通过课堂讲授，学习讨论，紧密联系实际，使干部战士的政治觉悟明显提高。整训中结合游击军的具体情况，取缔了“三青团”，清除了个别阴谋投敌和不易改造的人员，建立了党的各级组织和政治工作制度。大队建立了党支部，支队建立了党的分总支，游击军建立了总支委员会。调整了部分大队以上干部，培养了数百名积极分子，并将游击第一支队除留下三个连外，全部编入游击军。王溥被任命为游击军司令员，原游击第一支队队长赵国太调游击军任政治委员。到整训结束时，多数大队的党员人数达到了20%，使游击军的军政素质发生了根本的变化。
     为了打破日军的“囚笼政策”，破坏以正太铁路为重点的铁路、公路交通和沿线敌人据点，八路军总部于1940年8月20日发起“百团大战”。王溥率领游击军参加了这次作战行动。战役第一阶段，为了配合主力在正太路的破击作战，他们袭击了唐县县城和司各庄之敌，攻克北堙据点。接着，掩护民兵群众破坏敌公路20多公里，破坏铁路一段，炸毁铁路大桥一座，收割电话线600多公斤;后来又在白沙、北曲河和曲阳县七里营地区歼敌80余人。游击军的活动和作战，打击和箝制了敌人，有力地配合了主力在正太路的大规模破击作战。
     破击正太路的作战结束后，百团大战进入第二阶段。军区适时发起涞(源)、灵(丘)战役，以打开根据地西北部的局面，使平西地区与晋西北联接起来。为了配合主力在涞、灵的作战，王溥又奉命率游击军与教导团分别在完县、定县及行唐、唐县地区执行破坏敌人交通的作战任务，取得了丰硕战果。
     百团大战第三阶段的作战是以粉碎日寇报复“扫荡”为主。11月中旬，王溥率游击军奉命在曲阳一带反“扫荡”，司令部驻中佐村，一、二两个支队驻董家沟村，三、四两个支队驻黄岭洼村。15日，日军出动一部“扫荡”武家湾村。王溥得知消息后与政委研究决定集中力量消灭这股敌人。当晚用电话通知了距司令部驻地六七里路以外的四个支队，命其在天亮前赶到预定集合地点。16日拂晓，当游击军各支队按照命令刚刚到达集合地点时，侦察员报告：武家湾方向之敌已向我扑来，四周之敌已对我形成包围之势。后来得知，调集四个支队消灭武家湾之敌的命令，在电话中被敌人窃听，所以，在游击军部署作战的同时，敌人也在连夜调兵遣将，以五六倍于我之日伪军将游击军包围，并配有马队、飞机和大炮。
     王溥弄清敌情后，沉着应战，组织各支队迅速抢占有利地形，英勇抗击。霎时间，阵地上响起了密集的枪声、炮声、手榴弹声。冲上来的日伪军一批一批地倒下，但敌人凭借武器精良，弹药充足，人多势众，在日本军官逼迫下，不要命地往上冲。正在王溥指挥抗日健儿勇猛向敌人射击的时候，突然机枪哑了，机枪手中弹。就在我机枪刚刚停射的一霎那，敌军蜂拥而上，抢占了我军阵地。王溥指挥部队边打边撤，翻过一道山梁进入董家沟村北的梨子园沟。王溥在这里重新进行了战斗部署，准备利用有利地形迎击敌人。但就在这时，敌人两架飞机飞来，在我阵地上空盘旋扫射，子弹雨点般地落在我军阵地上。接着，敌人密集的炮弹又一颗接一颗地落下来。王溥见势指挥部队继续西撤，途中王溥负了伤，几个警卫员要把他架到后边去，王溥说什么也不肯，一定要坚持继续指挥战斗。这时，从黄岭洼和董家沟包抄过来大批日伪军，战士们迎上去与敌人展开肉搏。由于敌我兵力悬殊，游击军各支队被敌分割。当王溥率部分战士撤到张家峪村西大岗上时，被日伪军包围。警卫班长郑和荣请求由他掩护司令员突围，王溥坚决不同意，反倒命令郑和荣：“小郑，你们还年轻，分散开，各自突围，我来掩护你们!快!”警卫员崔福申激动地含着热泪说：“司令员!我们决不离开你!死也要死在一起!”当敌人第四次冲上来的时候，王溥中弹倒下了。三名警卫员扑过来，呼喊着：“司令员!司令员!”。
     王溥是晋察冀游击军的创始人，他的牺牲是游击军的一个重大损失。晋察冀军区司令员聂荣臻对王溥给予了很高的评价：“英勇作战，光荣殉国的游击军司令员王溥，曾经敌寇压迫，在冀中伪警防队经历痛苦，阅尽敌寇黑暗野蛮的奴隶宰割的谋害，亲见敌寇对我同胞横加凌辱、淫掠，愤而高举义旗，反戈抗日，回到祖国的战场上来，为保卫民族，保卫边区，而不断奋斗，终于流尽了最后一滴血，洒在他所热爱的祖国的山川上。”
     建国后，王溥烈士的遗骸被迁葬到石家庄华北军区烈士陵园，他的历史功绩将永远流传于后人。
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