1940年夏秋，日本積極準備實行南進政策。因此，在中國戰場加緊誘迫國民黨投降，同時，加緊對各抗日根據地實行封鎖和分割。企圖摧毀華北根據地，以鞏固其佔領區，國民黨內的一些人士對抗戰前途悲觀失望，也加緊了妥協投降活動。在這個關鍵時刻，八路軍指揮部決定組織一次大規模的破襲敵佔區交通線的戰役進攻，切斷日軍的交通命脈，打破敵人的封鎖，以此影響全國戰局，克服投降危險。
1940年7月20日，由朱德、彭德懷、左權簽發了關於交通破襲戰的預備命令，上報中央軍委，下達有關機關。在充分準備的基礎上，1940年8月20日夜，晉察冀軍區、第一二九師、第一二〇師在八路軍總部統一指揮下，發動了以破襲正太鐵路（石家莊至太原）為重點的戰役。戰役發起第三天，參戰部隊已達105個團，故稱百團大戰。百團大戰是抗日戰爭相持階段八路軍在華北地區發動的一次規模最大、持續時間最長的戰役。這次戰役經歷了兩個主動進攻階段和一個反“掃蕩”階段。
第一階段（8月20日至9月10日）。八路軍在正太、同蒲、平漢、津浦等主要交通線發動總攻擊，重點破壞了正太鐵路。經過20天的戰鬥，預定計劃全部完成。正太鐵路線的路軌、橋梁、隧道、水塔、車站等均被破壞；平漢、同蒲（北段）、石德、北寧鐵路以及主要公路也被切斷；華北各交通線陷於癱瘓。
第二階段（9月22日至10月上旬）。任務是繼續擴大戰果，摧毀交通線兩側和深入各抗日根據地的敵偽據點。在這段時間裏，我晉察冀軍區主要進行了淶靈戰役，第一二九師主要進行了榆遼戰役，第一二〇師主要破襲了同蒲路。在這些戰鬥中，八路軍給敵人以沉重打擊；但是，我軍計劃要拔除的敵據點未能全部拔除。
第三階段（10月6日至12月5日），主要任務是反擊日偽軍的報復“掃蕩”。在這段時間裏，八路軍先後粉碎了日偽軍對太行、太岳、平西、北嶽、晉西北等抗日根據地的大規模“掃蕩”。
從8月20日至12月5日的三個半月中，八路軍共進行大小戰鬥1824次，共計斃、傷、俘和投誠日偽軍達46480人。其中包括：斃、傷日軍20645人，偽軍5155人；俘虜日軍281人，偽軍18407人；日軍自動攜械投誠者47人，偽軍反正者1845人。同時，繳獲各種槍5942支（挺），各種炮53門；破壞鐵路474公里，公路1502公里，橋梁213座，火車站37個，隧道11個；破壞煤礦五個，倉庫11所。此外，還繳獲和破壞了其他大量軍用物資，使正太路、平漢路停運一個多月，摧毀了大量敵堡和據點。戰鬥中，八路軍也傷亡17萬多人。
百團大戰給敵偽以沉重的打擊，堅定了全國人民抗戰勝利的信心，提高了中國共産黨和及其領導的人民軍隊的威望。