１９４０年夏，日本乘德国军队在欧洲迅速推进，英、美无力东顾的机会，一面加紧诱迫国民党政府投降，一面加强对敌后抗日根据地的“肃正”讨伐，企图彻底摧毁抗日根据地，除去其南进的后顾之忧。为了粉碎日军的图谋，打破其“囚笼政策”，克服国民党政府对日妥协投降的危险，华北八路军（不含山东）所属部队乘青纱帐和雨季，对日军发动了一次大规模的进攻作战。随着战役的展开，八路军参战部队达到１０５个团约２０余万人，故称“百团大战”。
这次战役的主要意图是破袭日军在华北的交通线。早在１９４０年春，彭德怀、左权、刘伯承、邓小平和聂荣臻等就共同讨论确定了破击正太路的计划。７月２２日，八路军总部向晋察冀军区和第一二○、第一二九师下达《战役预备命令》，并报中共中央军委。命令简要地分析１９４０年夏季的中国抗战形势，明确提出发动此战役的目的是：“彻底破坏正太线若干要隘，消灭部分敌人，收复若干重要名胜关隘据点，较长期截断该线交通。”要求各部队对其他各重要铁路线，特别是平汉、同蒲等铁路“应同时组织有计划之总破袭，配合正太铁道战役之成功”。８月８日，八路军总部下达《战役行动命令》，对作战兵力作了具体部署，同时确定８月２０日为战役发动时间。
百团大战经历了两个主动进攻阶段和一个反“扫荡”阶段。战役第一阶段（８月２０日至９月１０日）是交通总破袭战，破坏敌人在华北所占领的主要交通线，重点是正太铁路。８月２０日夜，参战部队、游击队、民兵同时发起攻击，破击正太、同蒲、平汉、德石、平绥、北宁、津浦、白晋等铁路交通线，歼灭大量日、伪军。敌人猝不及防，仓皇应战，顾此失彼，损失惨重。八路军攻占许多据点和车站，破坏日军占据的华北重要燃料基地井陉煤矿，并截断正太铁路一个多月。第二阶段（９月２０日至１０月５日），继续袭击交通线两侧敌人和摧毁深入根据地内的敌据点，并发动涞（源）灵（丘）、榆（社）辽（县）等战役。在涞灵战役中，晋察冀军区主力部队攻占涞源县城外围三甲村、东团堡等重要据点１０多处，歼敌１１００余人。为策应涞灵战役，冀中军区主力发动任（丘）河（间）大（城）肃（宁）战役，歼灭日、伪军１４００余人，攻克据点２９处，破坏公路１５０余公里。第一二九师在榆辽战役中，连续攻占榆辽公路沿线据点多处，并攻下榆社县城，缴获大批武器，歼敌９００余人。第一二○师继续破击同蒲铁路北段，使该铁路线再次中断。第三阶段（１０月６日至１２月５日）是反“扫荡”作战。从１０月６日起，日军调集重兵，对华北各抗日根据地进行疯狂的报复性“扫荡”。１０月１９日，八路军总部下达命令，华北根据地军民转入反“扫荡”作战。第一二九师主力在山西新军的配合下，粉碎日军对太行和太岳根据地的“扫荡”。晋察冀军民先后击退日军对平西和北岳地区的“扫荡”。第一二○师粉碎日军２万余人对晋西北的“扫荡”。百团大战共进行大小战斗１８２４次，毙伤日军２０６４５人、伪军５１５５人，俘日军２８１人、伪军１８４０７人，日军投降４７人，伪军反正１８４５人；破坏铁路４７４公里，公路１５００多公里，桥梁、隧洞和火车站２６０多处，摧毁大量敌堡和据点；缴获各种炮５３门，各种枪５９００余支和一批军用物资。
长期在抗战前线的彭德怀等将领直接指挥的百团大战，打出了共产党领导的敌后抗日军民的声威。它使全国人民看到，八路军在极为困难的条件下，不仅发展壮大起来，而且能够给敌人以强有力的打击。这次战役振奋了全国军民争取抗战胜利的信心，以事实驳斥了国民党顽固派对共产党、八路军“游而不击”的诬蔑。从战争全局看，百团大战具有积极的战略意义。它牵制了日军的兵力，推迟了日军“南进”的时间，并对支持正面战场作战，遏制妥协投降暗流，争取时局好转，起了积极的作用（日本防卫厅防卫研究所战史室编写的日本战史说：在１９４０年“６月中旬以后约一个月时间内，的确出现了事变行将解决，日中两国最接近的一刹那。所以如此，应该说在八年的日中战争中，蒋介石感到危机最严重的，实际上是宜昌失守的时候。中共察觉到日中进行和平谈判的危机”，“突然发动了”百团大战）。日军在遭受打击后，惊呼“对华北应有再认识”，并由华中抽调兵力，对华北抗日根据地实施“更大规模的报复作战”。
