“毛主席表扬了!”
华北敌后的胜利消息传到延安，延安群情振奋，各界举行万人祝捷大会，通电慰问八路军前方将士，毛泽东和朱德出席了大会。
中共中央对百团大战的胜利给予充分的肯定。八路军总部对第一阶段作战的总结报中央军委后，很快收到毛泽东的回电。
彭德怀在其《彭德怀自述》中回忆说：“此役胜利的消息传到延安，毛主席给我来电说，‘百团大战真是令人兴奋，像这样的战斗是否还可以组织一两次?’”
恰在这天，总部特务团长欧致富从正太路前线回总部汇报战情，报告毕，转身出门，被彭德怀叫住：“欧致富，到二科看毛主席电报!”欧致富回头，见到彭德怀和左权露着兴奋的脸色，三脚两步奔向机要室。欧看过电文，禁不住高兴起来：“呵，毛主席表扬我们了!”把电文一字一字记住，出门后仔细写在自己的小本上。几十年后，欧致富看到《彭德怀自述》中提到的这一份电报，说：“彭老总叫我去看的就是这封电报。彭老总叫住我那神情，我永远都记得!”
1940年9月10日，八路军总部接到中共中央书记处发来的《关于时局的指示》。“指示”分析了抗战阵营中存在的妥协危险倾向后说：“我党50万大军积极行动于敌后(尤其是此次华北百团战役)，则给了日寇以沉重的打击，给了全国人民无穷的希望。”同日，中央书记处指示八路军、新四军“在目前加强团结时期，应集中其主要注意力于打击敌人”，要求“按照华北百团大战先例，在山东及华中，组织一次有计划的大规模的进攻行动。在华北则应扩大百团战役行动”。“给予200万友军、国民党大后方与敌占区内千千万万人民以良好的影响。给予敌人向重庆等地进攻以延缓作用”。
在百团大战中，八路军的百团兵力包括相当一部分地方武装，经过第一期破袭战已无力扩大作战，在华中和山东方面，亦不具备发动大战役的条件，延安的这一指示未能实现。这时，日军大批援兵已由东西两端进入正太路地区，在正太路扩大战果已不可能。彭德怀、左权决定转入第二阶段作战。于9月16日命令各部，在继续破袭交通线的同时，将重点放在攻占交通线两侧和深入各根据地内的日军据点。
根据总部的命令，从9月20日起，晋察冀军区在晋冀边发起了涞(源)灵(丘)战役，129师在晋东南发起了榆(社)辽(县)战役，120师在同蒲路宁武之南北段发起第二次破击战役，冀中军区发起了任(丘)河(间)大(城)肃(宁)战役，冀南军区发起德石路、邯济路破袭战役。
第二阶段战役发起时，敌正调集兵力向八路军各出击兵团实行反击作战。在八路军再次发起广泛突袭的情况下，敌军东奔西突，顾南失北，被八路军拔除的据点多达2000余个，129师在第二次战役中攻克了榆社县城。