1940年夏秋，日本积极准备实行南进政策。因此，在中国战场加紧诱迫国民党投降，同时，加紧对各抗日根据地实行封锁和分割。企图摧毁华北根据地，以巩固其占领区，国民党内的一些人士对抗战前途悲观失望，也加紧了妥协投降活动。在这个关键时刻，八路军指挥部决定组织一次大规模的破袭敌占区交通线的战役进攻，切断日军的交通命脉，打破敌人的封锁，以此影响全国战局，克服投降危险。
1940年7月20日，由朱德、彭德怀、左权签发了关于交通破袭战的预备命令，上报中央军委，下达有关机关。在充分准备的基础上，1940年8月20日夜，晋察冀军区、第一二九师、第一二〇师在八路军总部统一指挥下，发动了以破袭正太铁路（石家庄至太原）为重点的战役。战役发起第三天，参战部队已达105个团，故称百团大战。百团大战是抗日战争相持阶段八路军在华北地区发动的一次规模最大、持续时间最长的战役。这次战役经历了两个主动进攻阶段和一个反“扫荡”阶段。
第一阶段（8月20日至9月10日）。八路军在正太、同蒲、平汉、津浦等主要交通线发动总攻击，重点破坏了正太铁路。经过20天的战斗，预定计划全部完成。正太铁路线的路轨、桥梁、隧道、水塔、车站等均被破坏；平汉、同蒲（北段）、石德、北宁铁路以及主要公路也被切断；华北各交通线陷于瘫痪。
第二阶段（9月22日至10月上旬）。任务是继续扩大战果，摧毁交通线两侧和深入各抗日根据地的敌伪据点。在这段时间里，我晋察冀军区主要进行了涞灵战役，第一二九师主要进行了榆辽战役，第一二〇师主要破袭了同蒲路。在这些战斗中，八路军给敌人以沉重打击；但是，我军计划要拔除的敌据点未能全部拔除。
第三阶段（10月6日至12月5日），主要任务是反击日伪军的报复“扫荡”。在这段时间里，八路军先后粉碎了日伪军对太行、太岳、平西、北岳、晋西北等抗日根据地的大规模“扫荡”。
从8月20日至12月5日的三个半月中，八路军共进行大小战斗1824次，共计毙、伤、俘和投诚日伪军达46480人。其中包括：毙、伤日军20645人，伪军5155人；俘虏日军281人，伪军18407人；日军自动携械投诚者47人，伪军反正者1845人。同时，缴获各种枪5942支（挺），各种炮53门；破坏铁路474公里，公路1502公里，桥梁213座，火车站37个，隧道11个；破坏煤矿五个，仓库11所。此外，还缴获和破坏了其他大量军用物资，使正太路、平汉路停运一个多月，摧毁了大量敌堡和据点。战斗中，八路军也伤亡17万多人。
百团大战给敌伪以沉重的打击，坚定了全国人民抗战胜利的信心，提高了中国共产党和及其领导的人民军队的威望。