1938年9月21日，也就是松岩口模范医院刚刚落成一周的头上，日军组织两万多人的兵力对晋察冀边区的腹地——五台山，发动了第二次所谓的“八路围攻”。在这种情况下，白求恩不得不离开他为之付出太多心血的松岩口村，随同模范医院一块转移到比较安全的山地。此后，白求恩便循着枪炮声，马不停蹄地奔走于晋察冀根据地的各个军分区之间，尽心竭力地进行八路军伤病员的救治工作。当来到在山西灵丘一带作战的三五九旅时，他还冒着生命危险，在紧邻前线的地方成功地开展了一次战地救护。
白求恩大夫在途中
白求恩是于11月初，由河北阜平来到山西灵丘的。当时，晋察冀军区北线后方医院第一所便设在这个县的下关乡杨庄。刚呆了两天，就接到三五九旅旅长王震自前线打来的电报，请他赴该旅去帮助开展工作。按照中央军委的命令，从9月开始，本属一二〇师的三五九旅已归晋察冀军区指挥，直接参加反围攻作战。近两个月来，他们发动了广灵——灵丘伏击战等多次战斗，使日军遭到沉重的打击，但也给自己带来不小的伤亡。所以，这个旅的指战员都热切盼望着白求恩能早日来到他们中间。
三五九旅的后方卫生部设在灵丘县的河浙村。接到电报的第二天拂晓，在旅卫生部部长顾正钧的陪同下，白求恩便冒着风雪严寒，迫不及待地踏上了新的征程。一路上，他和大家一样，既顾不得休息，也未进一点水米，直到黄昏时分才到达了目的地。这时的白求恩虽然又饥又累，但他首先想到的却不是自己，而是正在忍受着伤痛的八路军战士。同以往的做法一样，刚到河浙村，他就迫不及待地投入了工作。
关于当时的情景，1944年11月白求恩逝世五周年之际，著名作家周而复在报告文学《诺尔曼·白求恩断片》中是这样记叙的：
黄昏，白求恩大夫披着一身雪花，到了雁北灵邱（应为“丘”——本文作者注）河浙村。三五九旅后方卫生部（由于战争环境需要，卫生部分前方和后方两部分）的人们在村外河滩上排成两行，高呼着欢迎的口号。离半里以外，白求恩大夫就下了马，和卫生部顾部长一块进了村，他脱了雨衣，扑扑皮帽上的雪花，急忙忙地问：
“病房在哪儿？”
“不远，”顾部长说，“待会，吃完饭，再去看病房。”
“吃饭还有多久？”
三五九旅卫生部政治委员兼卫生主任潘世徵同志说：
“还有二十分钟。”
“那太久了，先去看病房。”
潘世徵同志觉得他行军了一天，走了八十里的山路，又下雪，太疲劳了，并且还是早上出发时吃的饭，就劝他：
“休息一会再去吧。”
“我是来工作的，不是来休息的。”
大家没有办法，带他一块去看病房。他一口气检查了30多个伤病员，有几个是刚从前线抬下来的，这中间，有五个要立时行手术。他问医疗队的王大夫：
“二十分钟以后能行手术吗？”
王大夫有点悚然。在医疗队里，他担任检查每一个单位的手术室的工作。不过，今天刚到，他没来得及去检查，歉疚地答道：
“我还没到手术室去看。”
顾部长接过来说：“二十分钟后可以行手术，叫他们去准备好了，你先吃点饭去，待会好动手术。”
“我也要去参加准备工作，没有时间吃饭。”
白求恩大夫在手术
一俟准备工作完成，白求恩马上就着一盏汽灯，在手术室里忙碌了起来。直到深夜12点，他才放下一直握着的手术刀。就在刚刚过去的几个小时里，他已经连续不停地为5名重伤员完成了手术。其中，一个名字叫萧天平的伤员左下腿骨折，因为治疗后没有及时上夹板固定而造成这截腿畸形生长并发生感染，不得不进行离断，让人深感痛惜。
从手术室出来吃饭的时候，尽管已是凌晨时分，但白求恩脑海里萦绕的，仍然是关于救治伤员的各种问题。他再次提到那名伤员因没有及时上夹板而造成受伤腿部离断的事，还批评手术室和病房的消毒工作做得不严密，医生的手和伤员的伤口都洗得不干净，最后又根据王震旅长的电报内容提出疑问说，为什么在持续多日的激烈战斗之后，所能看到的伤员却这么少。三五九旅卫生部政治委员兼卫生主任潘世徵告诉白求恩，大部分重伤员都被安置在了曲回寺卫生第二所。白求恩责怪他没有及时说明情况，并在第二天早上4点半，就动身去往了这个有着更多伤员的地方。
白求恩大夫为伤员作检查
在曲回寺卫生第二所，白求恩一上午就检查了100多名伤员，还给部分重伤员做了手术。晚上，他又把顾正钧部长、潘世徵政委和4名外科医生请到自己的屋子里，以白天检查过的伤员和做过的手术为例，给他们讲了整整4小时的创伤治疗课。
处理完三五九旅后方卫生部和曲回寺卫生第二所所有伤员的伤情后，白求恩又把目光投向了更远的地方。就在来曲回寺的第二天，他又是天不亮便奔向了正在发生战斗的黑寺前线。迎着猛烈的炮火，他仅仅用40个小时，就为71名伤员施行了手术。这也是白求恩到中国后第一次真正在前线进行的医疗活动。由于手术地点大大靠前，缩短了运输时间，有三分之一的伤员伤口没有感染化脓，促进了术后尽快康复。
根据这次前线救护的经验，白求恩后来曾组建“晋察冀军区东征医疗队”，并适应战争环境的需要，设计了一种桥型的木架子，一头装药品，一头装医疗器械，由马驮负着远赴冀中地区，频繁地开展前线救护，从死亡边上挽回了众多八路军伤病员的宝贵生命。
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