1940年7月25日，为适应冀东抗日斗争形势的需要，八路军晋察冀军区冀东军分区宣告成立，以李运昌为司令员，包森为副司令员。同时，部队进行整编，原来的9个游击总队，一部分充实第十二团，大部分编成第十三团，包森兼任十三团团长和政委。冀东军分区部队两个主力团在地方武装力量的配合下，给予日伪军强有力的打击，保卫了游击根据地。
1941年，日军苦于兵力不足，调集伪“治安军”代替日军控制冀东，推行其“治安强化运动”，企图“巩固冀东、加强津南”。伪“治安军”是日军在华北地区扶植建立的一支正规伪军。3万多人的伪“治安军”进入冀东地区后，先以团、营为单位占领点线，再以连、排为单位逐步散开，配合日军实现“从点到面的占领”。
鉴于敌人部署的变化，中共冀东区分委和冀东军分区决定，将主力部队集中到冀东，发起打击伪“治安军”的战役，粉碎敌人的图谋。随后，军分区制定了周密的作战计划。
12月15日，打击伪“治安军”的战役首先在遵化四十里铺揭开。李运昌、包森、曾克林率八路军十二、十三两团各一部，在四十里铺附近伏击敌人，仅用几十分钟就击毙、俘敌400余人。在随后的一段时间，包森率领十三团部队，与兄弟部队密切协作，接连向伪“治安军”据点发动进攻，歼灭了大量敌人有生力量，使八路军军威大振。
1942年1月12日，包森率部宿营于玉田县黄家山，得到消息说：驻玉田城内的伪“治安军”第二集团所属三、四两个团3000多人，准备在13日进犯燕山口到蓟县、遵化一带实施“扫荡”。包森随即决定扩大战果，进一步打击敌人。他立即率部急行军，设伏于燕山口内果河北岸进行伏击。
果河沿是从燕山山口的燕各庄至果河以南约2.5平方公里的地区，这一带村庄较少，地形开阔。当天深夜，包森率部急行，于凌晨1时到达果河北岸蔡老庄一带，布成伏击圈。约凌晨2时，埋伏在蔡老庄的八路军四连发现敌人先头部队至蔡老庄村外，立即与之交火。连指战员趁敌人立足未稳时发起冲锋，将敌人压回果河南岸。稍后，敌人大队人马开来，双方隔河对峙。黑夜中，包森果断调整作战部署：命四连在正面阵地用火力牵制敌人；八连、九连迂回到敌人后面的燕各庄；七连插到敌人右后侧；特务连策应于四连和七连之间；二营警戒西北方向，并派一个排的兵力占领敌人左后侧制高点，迅速形成对敌人的四面包围。
命令下达后，八路军各连队趁着夜幕快速隐蔽行动，迅速到达指定位置。此时，敌人一面向四连阵地扫射，一面继续向前推进，全然不知已处于八路军的包围之中。天刚蒙蒙亮，包森下达了进攻命令。八路军指战员从正面、左翼和右翼三个方向敌人发起攻击，敌人遭到突然打击，被毙俘200余人后溃不成军，慌忙后撤，企图逃回燕各庄，但被早已迂回到敌后的八连和九连指战员阻住，很快被毙俘500余人。另有残敌300多人窜上一处制高点，在日本教官的督战下负隅顽抗。
八路军在审问俘虏时，得知被围敌人是伪“治安军”第四团，而伪集团司令部率伪三团正在赶来的路上。包森于是分出部分兵力准备阻击援敌，然后亲临一线，指挥部队对残敌发起猛烈冲锋，并调来刚缴获的迫击炮对敌开炮轰击。
战至下午2时许，伪军们眼见大势已去，遂打死了日本教官，举白旗投降。此时伪三团已经得到果河沿战斗的消息，于是逡巡不前，停在路上观望。在伪集团司令部的催促下，伪三团才开始向伪四团的位置靠拢。下午4时许，伪四团先头部队硬着头皮向八路军打援部队进攻，立刻遭到猛烈反击。战不多时，敌人唯恐重蹈伪四团的命运，丢下山炮等重武器掉头逃命。
此战历时16个小时，包森率领八路军十三团以伤亡30余人的代价，全歼伪“治安军”第四团，击溃伪三团，毙俘敌军千余人，缴获山炮2门，迫击炮7门，轻重机枪26挺，长短枪700余支，弹药10余万发、电台1部、望远镜20余架及其他大量军用物资，在冀东抗日战场上创造了整团歼灭敌人的战例。
