在神头岭伏击战中，一二九师统计共打死打伤日军1400余人，击毙与俘虏骡马600余匹，缴获长短枪300余支以及大批军用物品，另外还俘敌80余人。
战前，凡扛红缨枪的八路军，每个人都在枪上挂了一张小条子，上书"矛子枪(即红缨枪)换鬼子的三八式"，等他们从神头岭上下来时，果然很多人都换上了日本兵乌亮的三八步枪。甚至于陈赓在以后的抗战中经常带在身边的宝贝照相机，也是此次伏击战的战利品。
战后没几天，日军汽车部队的一名伍长在日记中写道："第一〇八师团这样的损失是从来没有的，潞安到黎城的道上鲜血这边那边流着，我们的部队通过其间，真觉难过，禁不住流下滚滚的热泪。"
一名在伏击战中得以侥幸逃生的随军记者写了一篇名为"脱险记"的通讯报道，感叹八路军战术灵活，令人难以捉摸。日军华北方面军认为伏击战体现出了"支那军第一流游击战术"、"八路军的典型战术"，他们还试图以此战为标本，从中分析研究如何对付八路军的游击战术。
由于伏击点选择和兵力部署得当，神头岭伏击战不仅打得干净利落，而且自身损失不大。一二九师报称的伤亡数是240余人，虽然比长生口复战多了差不多一倍，但相对于战果而言，还是做了一笔非常划算的"生意"。
刘伯承视神头岭伏击战为自己军事生涯中的得意之作。在做一二九师抗战二周年的战术报告时，他首先对"吸敌打援"战术进行了详细的论述，然后说："引一个好的战例来结束我对于'吸敌打援'的报告。"他所说的好的战例就是神头岭伏击战。
神头岭伏击战令日军守备和辎重部队大吃苦头，有一段时间，日军来往的运输车辆明显减少，邯长大道变得冷清起来。在此前后，国共联合反攻太原的计划却遭到了失败，从正面反攻太原的30万国民党友军不但未攻下太原，还在日军的进攻下再次被迫撤退。原来在山西作战的国民党友军多数撤到了黄河西岸或南岸，只有武士敏、李家钰等少数部队还在原活动区域进行抗击。
至1938年3月上旬，日军又相继攻占风陵渡、长治、晋城、东阳关等多处重要城镇，打通了邯长大道和同蒲铁路南段。由于进攻中要消耗大量粮弹，黄河沿岸日军对后方的补给需求迅速增长，这使得邯长大道等运输线重又变得忙碌起来。
为了扰乱日军的进攻计划，迟滞其行动，刘伯承准备在适当地点，对日军运输线予以打击。派出去的侦察员对晋东南的几条公路线都进行了侦察，发现运输最忙的就是邯长大道和长治至临汾的公路。在邯长大道上，汽车往返不断，几乎每天都有几十辆甚至上百辆。
由于神头岭被伏击的缘故，日军对邯长大道的警戒比以前更严。东阳关已经增设了新据点，驻有150余人，其一左一右，黎城驻1500人，涉县也驻有400余人。不过通过对侦察情报的研究，这三股驻军之间的空隙较大，存在复制神头岭伏击战的可能性。
研究还表明，东阳关和涉县之间的响堂铺一带比较适于实施伏击：此处公路沿小河床而过，路南是高山，多悬崖峭壁，不易攀登；路北是起伏高地，多谷口，方便隐蔽和出击。
刘伯承要到八路军总部去开会，接着还要参加国共联合召开的东路军将领会议，在此期间无法直接进行部署和指挥。经他提议，响堂铺伏击战确定由副师长徐向前全权负责。
3月30日中午，徐向前向一二九师师部发来捷报。一二九师在响堂铺伏击战中一共毙伤日军少佐以下400余人，缴获枪支130余支、迫击炮4门。由于步炮协同动作差等原因，自身也伤亡了317人，如果仅看敌我伤亡比，似乎还不是很划算。可是要再参照另外一个数据就不一样了——一二九师这次伏击的是第十四师团辎重部队所属的两个汽车中队，截住的汽车太多了，开始都来不及细数，打扫战场时清点了一下，一共是181辆。那时候八路军没有汽车驾驶员，汽车开不走，就全部放火烧掉了。
一场战斗截住和摧毁181辆汽车，超过了平型关伏击战时的相关战果，这在一二九师乃至整个八路军系统中都是破天荒头一回。
刘伯承将响堂铺伏击战作为伏击战成功的又一个典型战例，认为徐向前在指挥时的沉着老练，是此战取得成功的主要原因之一。他因此盛赞徐向前："向前不减当年勇。"