1940年夏，日军受德国法西斯在西欧胜利的鼓舞，准备南进征服南洋，因此急于运用政治诱降、外交封锁和军事压力等手段，迫使蒋介石投降，迅速结束中日战争。在军事上，日军于6月间进攻襄阳、占领宜昌，并连续轰炸重庆，同时扬言要进攻西安、重庆、昆明。在此情况下，国民党统治集团更加动摇，投降危险空前严重。
为破坏日军进攻西安的企图，影响全国抗战局势（不使蒋介石投敌），并打击日军对根据地的“囚笼政策”，八路军决定大举破坏正太路。7月22日发出战役预备命令，计划直接参加正太线作战兵力不少于22个团。8月8日下达战役行动命令，规定：晋察冀军区派出10个团破击正太线平定（不含）至石家庄段，破坏重点为娘子关至平定段；129师以主力8个团附总部炮兵团1个营，破击正太线平定（含）至榆次段，破坏重点为阳泉至张净镇段；120师以4至6个团破击平遥以北同蒲线及汾（阳）离（石）公路，以重兵置于阳曲南北阻敌向正太线增援。命令还要求，各部队派出部分兵力对本区范围内敌人铁路和重要公路封锁线进行袭扰以配合作战。
8月20日夜，在八路军统一计划下，129师和晋察冀军区部队同时发起战斗。129师主力攻占了阳泉至榆次间日军若干据点、车站；晋察冀军区主力攻入娘子关、井陉新矿等据点。120师由于行动上的困难，经上级批准，没有破击同蒲路南段，而以主力向忻县至静乐、汾阳至离石公路线攻击，以一部兵力破击朔县至宁武段同蒲路，并攻占了阳方口等车站。同时，三个大区的各军区、分区部队对平汉路、德石路、平绥路、北宁路、津浦路、白晋路以及本区内的重要公路交通线展开了破击战。敌遭破击后，由石家庄、榆次集中兵力，东西对进拼命增援正太线，同时以一部兵力向我军后方攻击。8月31日，八路军要求“彻底毁灭”正太线及同蒲线北段，使晋东南、晋察冀、晋西北、陕甘宁完全联成一片。由于不切实际，未能实现。9月上旬，我军被迫撤离正太线，结束了第一阶段作战。9月22日开始了第二阶段作战，各区根据赋予的任务，选择了对敌危害较大的公路交通线，进行破击战和拔除若干城镇据点，以打击敌人的“囚笼政策”。至9月底10初，各部队先后结束了第二阶段的作战。
经过40多天的连续战斗，我军伤亡减员较大，极度疲劳，准备进行整补。但日军从10月上旬起，乘机对我进行大规模的报复“扫荡”。日军此次“扫荡”空前残酷，见人就杀，见房就烧，使根据地遭到了极大的破坏。至1941年1月4日，敌我结束了“扫荡”与反“扫荡”战斗。
这次战役，八路军原计划参战兵力20多个团，但实际参战部队达105个团，即：晋察冀军区39个团，129师46个团，120师20个团。这次战役共作战1824次，毙伤日军20645人、伪军5155人；俘日军281人，伪军18407人；拔除敌伪据点2993个；缴获步马枪5400余支、轻重机枪200余挺，及其它大量武器弹药；破坏铁路474公里、公路1500公里、桥梁、车站、遂道等260余处。我伤亡1．7万余人。
“百团大战”是大规模的战略性进攻战役，给予了日本帝国主义一个沉重的打击，增强了全国军民抗战胜利的信心，提高了我党我军的声威。
