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，除去南进后顾之忧。华北八路军（不含山东）所属部队，为了粉碎日军图谋，打破其“囚笼政策”，克服国民党政府对日妥协投降的危险，于同年8月至12月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”。
关于发动百团大战的目的，八路军总部在7月22日下达的《战役预备命令》中指出：“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。”要求各部门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。
这次战役在彭德怀等将领的指挥下，经历了两个主动进攻阶段和一个反“扫荡”阶段。第一阶段从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，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、津蒲、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。第二阶段从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10多处重要据点，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。一二九师在榆辽战役中，连续攻克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。一二〇师继续攻击同蒲铁路北段，使该铁路再次中断。第三阶段从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。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”。一二〇师粉碎日军2万余人对晋西北的“扫荡”。至此，百团大战宣告结束。
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。8月30日《新中华报》发表题为《八路军在华北反扫荡的百团大战》的社论。指出，这是我军在敌后主动发起的大规模战略进攻，是抗战三年来空前的创举，成为中国抗战史上光辉的一页。9月26日，朱德发表《扩大百团大战的伟大胜利》的文章。总之，这次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。它的战略意义在于牵制了日本的兵力，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。