在神頭嶺伏擊戰中，一二九師統計共打死打傷日軍1400餘人，擊斃與俘虜騾馬600餘匹，繳獲長短槍300餘支以及大批軍用物品，另外還俘敵80餘人。
戰前，凡扛紅纓槍的八路軍，每個人都在槍上掛了一張小條子，上書"矛子槍(即紅纓槍)換鬼子的三八式"，等他們從神頭嶺上下來時，果然很多人都換上了日本兵烏亮的三八步槍。甚至於陳賡在以後的抗戰中經常帶在身邊的寶貝照相機，也是此次伏擊戰的戰利品。
戰後沒幾天，日軍汽車部隊的一名伍長在日記中寫道："第一〇八師團這樣的損失是從來沒有的，潞安到黎城的道上鮮血這邊那邊流著，我們的部隊通過其間，真覺難過，禁不住流下滾滾的熱淚。"
一名在伏擊戰中得以僥倖逃生的隨軍記者寫了一篇名為"脫險記"的通訊報道，感嘆八路軍戰術靈活，令人難以捉摸。日軍華北方面軍認為伏擊戰體現出了"支那軍第一流游擊戰術"、"八路軍的典型戰術"，他們還試圖以此戰為標本，從中分析研究如何對付八路軍的游擊戰術。
由於伏擊點選擇和兵力部署得當，神頭嶺伏擊戰不僅打得乾淨利落，而且自身損失不大。一二九師報稱的傷亡數是240餘人，雖然比長生口復戰多了差不多一倍，但相對於戰果而言，還是做了一筆非常划算的"生意"。
劉伯承視神頭嶺伏擊戰為自己軍事生涯中的得意之作。在做一二九師抗戰二週年的戰術報告時，他首先對"吸敵打援"戰術進行了詳細的論述，然後說："引一個好的戰例來結束我對於'吸敵打援'的報告。"他所說的好的戰例就是神頭嶺伏擊戰。
神頭嶺伏擊戰令日軍守備和輜重部隊大吃苦頭，有一段時間，日軍來往的運輸車輛明顯減少，邯長大道變得冷清起來。在此前後，國共聯合反攻太原的計劃卻遭到了失敗，從正面反攻太原的30萬國民黨友軍不但未攻下太原，還在日軍的進攻下再次被迫撤退。原來在山西作戰的國民黨友軍多數撤到了黃河西岸或南岸，只有武士敏、李家鈺等少數部隊還在原活動區域進行抗擊。
至1938年3月上旬，日軍又相繼攻佔風陵渡、長治、晉城、東陽關等多處重要城鎮，打通了邯長大道和同蒲鐵路南段。由於進攻中要消耗大量糧彈，黃河沿岸日軍對後方的補給需求迅速增長，這使得邯長大道等運輸線重又變得忙碌起來。
為了擾亂日軍的進攻計劃，遲滯其行動，劉伯承準備在適當地點，對日軍運輸線予以打擊。派出去的偵察員對晉東南的幾條公路線都進行了偵察，發現運輸最忙的就是邯長大道和長治至臨汾的公路。在邯長大道上，汽車往返不斷，幾乎每天都有幾十輛甚至上百輛。
由於神頭嶺被伏擊的緣故，日軍對邯長大道的警戒比以前更嚴。東陽關已經增設了新據點，駐有150餘人，其一左一右，黎城駐1500人，涉縣也駐有400餘人。不過通過對偵察情報的研究，這三股駐軍之間的空隙較大，存在複製神頭嶺伏擊戰的可能性。
研究還表明，東陽關和涉縣之間的響堂鋪一帶比較適於實施伏擊：此處公路沿小河床而過，路南是高山，多懸崖峭壁，不易攀登；路北是起伏高地，多谷口，方便隱蔽和出擊。
劉伯承要到八路軍總部去開會，接著還要參加國共聯合召開的東路軍將領會議，在此期間無法直接進行部署和指揮。經他提議，響堂鋪伏擊戰確定由副師長徐向前全權負責。
3月30日中午，徐向前向一二九師師部發來捷報。一二九師在響堂鋪伏擊戰中一共斃傷日軍少佐以下400餘人，繳獲槍支130餘支、迫擊炮4門。由於步炮協同動作差等原因，自身也傷亡了317人，如果僅看敵我傷亡比，似乎還不是很划算。可是要再參照另外一個數據就不一樣了——一二九師這次伏擊的是第十四師團輜重部隊所屬的兩個汽車中隊，截住的汽車太多了，開始都來不及細數，打掃戰場時清點了一下，一共是181輛。那時候八路軍沒有汽車駕駛員，汽車開不走，就全部放火燒掉了。
一場戰鬥截住和摧毀181輛汽車，超過了平型關伏擊戰時的相關戰果，這在一二九師乃至整個八路軍系統中都是破天荒頭一回。
劉伯承將響堂鋪伏擊戰作為伏擊戰成功的又一個典型戰例，認為徐向前在指揮時的沉著老練，是此戰取得成功的主要原因之一。他因此盛讚徐向前："向前不減當年勇。"
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