起因：1940年秋，德国法西斯军队在西欧和北欧迅猛推进，英国忙于应付德国，无力东顾，美国大做军火生意，没有做好战争准备。日本帝国主义抓住这一有利时机，积极准备实行“南进”政策，以攫取英、美、法、荷等国在东南亚和西南太平洋上的殖民地。因此，在中国战场上，日本加紧对国民党政府进行政治诱降活动，而把主要力量放在进攻抗日根据地上。
自1939年冬以来，日军在华北以铁路、公路为支柱，对抗日根据地进行频繁扫荡，还企图割断太行、晋察冀等战略区的联系，推行所谓“以铁路为柱，公路为链，碉堡为锁”的“囚笼政策”。日军的这些做法，目的是摧毁华北各抗日根据地，巩固其占领区，使中国成为其“南进”的后方基地。为粉碎日本侵略者的“囚笼政策”，争取华北战局朝更有利的方向发展，进而影响全国的抗战局势，克服国民党妥协投降的危险，八路军总部决定向华北日军占领的交通线和据点发动大规模进攻。进攻的重点定为破袭正太铁路和同蒲路北段，给日本华北方面军以有力打击。
1940年8月8日，八路军总司令朱德、副总司令彭德怀等下达《战役行动命令》，规定：晋察冀军区破击正太铁路（今石家庄—太原）石家庄至阳泉段；第129师破击正太铁路阳泉至榆次段；第120师破击忻县以北的同蒲铁路（大同—风陵渡）和汾离公路，并以重兵置于阳曲南北地区，阻击日军向正太铁路增援；要求各部在破击交通线的同时，相机收复日军占领的一些据点。
在这些地区和交通线上，日军驻有3个师的全部、2个师的各2个团、5个独立混成旅全部、4个独立混成旅的各2个营、1个骑兵旅的2个营共20余万人，另有飞机150架和伪军约15万人。八路军参战兵力包括晋察冀军区39个团、第129师（含决死队第1、第3纵队等）46个团、第120师（含决死队第2、第4纵队等）20个团，共105个团20余万人，另外还有许多地方游击队和民兵参加作战。1940年8月20日，八路军首先向正太铁路发起进攻，百团大战开始。
经过：这次战争经历了三个阶段，其中包括两个主动进攻阶段和一个反“扫荡”阶段。
第一阶段（1940年8月20日—9月10日），在这一阶段，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。
正太铁路，从河北石家庄到山西太原，横越太行山脉，全长200多公里，是连接山西、河北的重要交通命脉。1939年冬以来，日军推行“囚笼政策”，企图以铁路为链、碉堡为锁，压缩围困根据地。正太铁路是日军“囚笼政策”的重要支柱。日军在正太路沿线大小城镇、车站和桥梁、隧道附近，筑有坚固据点，各以数十至数百人守备，经常派装甲车巡逻。铁路两侧10至15公里的要点，还筑有一线外围据点。日军妄称正太路沿线是“不可接近”的地区。为此，八路军总部积极酝酿打击正太路的作战，以打破日军的封锁、打通各根据地之间的联系，同时切断山西日军的运输补给线。
八路军提出“不留一根铁轨、不留一根枕木、不留一个车站、不留一个碉堡、不留一座桥梁”的口号，“让敌人用脚同我们赛跑”，“让敌人用牛驴搬炮弹、飞机大炮”。八路军展开攻坚战，端掉敌一系列据点。每攻克一处，便使用各种可能的办法，如爆破、火烧、搬拆、水淹等，将之彻底破坏。
日军在正太铁路沿线驻有独立混成第4旅全部，独立混成第8、第9旅各一部。1940年8月20日夜，晋察冀军区在司令员兼政治委员聂荣臻指挥下，组成左、中、右3个纵队，分别向正太铁路东段日军独立混成第8旅大部和独立混成第4旅一部展开攻击。经数小时激战，右纵队攻入晋冀交界的要隘娘子关，破坏了娘子关以东的桥梁和通信线路，中央纵队连克蔡庄、地都、北峪、南峪等日军据点，并破坏桥梁两座。攻击井陉煤矿的中央纵队一部在矿工支援下，破坏了煤矿的主要设施，迫使其停产达半年之久。23日，因石家庄方向的日军西援，加上连日降雨，晋察冀军区部队遂转移兵力，实施对铁路、桥梁、隧道的全面破击。
8月20日夜，第129师在师长刘伯承、政治委员邓小平指挥下，组成左翼破击队、右翼破击队和中央纵队，对正太铁路西段日军独立混成第4旅大部和独立混成第9旅一部展开攻击。当天左翼队一部进攻芦家庄，连克碉堡4座，右翼队一部攻击桑掌和铁炉沟等据点。21日，129师为阻止日军从侧背攻击破路部队，令预备队一部抢占阳泉西南4公里处的狮垴山高地。阳泉日军在飞机支援下，不断向狮垴山猛攻。经过六昼夜的激战，预备队终于打败了进攻的日军，保障了破击部队翼侧的安全。经数日作战，第129师控制了正太铁路西段除阳泉、寿阳以外的大部分据点及火车站，严重破坏了该段的路轨、桥梁、隧道，使正太铁路西段陷于瘫痪。
与此同时，第120师在师长贺龙、政治委员关向应指挥下，以20个团的兵力破击同蒲铁路北段和铁路以西一些主要公路，并攻占阳方口、康家会、丰润村等据点，切断了同蒲铁路北段和忻县至静乐、汾阳至离石等公路。
8月25日后，日军从白晋铁路、同蒲铁路南段抽调部队，配合独立混成第4、第9旅向第129师反击；从冀中、冀南抽调约5000人的兵力，配合独立混成第8旅向晋察冀军区部队反击。9月2日，日军合击正太铁路南侧的安丰、马坊地区的第129师。9月6日，第129师在榆社西北双峰地区包围日军1个营，击毙400余人，打破了日军的合击。
9月10日，八路军总部为休整部队，积蓄力量再战，命令各部结束第一阶段的作战。经过20天的战斗，八路军的预定计划全部完成：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、石德、北宁铁路以及主要公路也被切断，日军在华北的各交通线陷于瘫痪。并且，由于八路军突然而猛烈的攻击，日军到处被动挨打，陷入一片慌乱之中，汉奸、伪军更是惶恐不安。沦陷区人民异常振奋，自发地支援八路军作战。
第二阶段（1940年9月22日—10月上旬），在这一阶段，八路军的主要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。
为扩大战果，9月16日，八路军总部发出第二阶段作战命令，要求各部队继续破坏日军交通线，摧毁深入抗日根据地内的日伪军据点。部署是：第120师主力对同蒲铁路北段宁武至轩岗段进行彻底破坏，再次切断同蒲铁路北段的交通；晋察冀军区主力破击涞（源）灵（丘）公路，并夺取涞源、灵丘两县城；第129师重点破击榆（社）辽（县）公路，收复榆社、辽县（今左权）两县城。9月22日，晋察冀军区组成左、右翼队和预备队，发起涞灵战役，对该地区的日军和伪军发动进攻。右翼队重点攻击涞源县城，由于缺乏攻坚器材未能得手，23日转为攻击涞源外围日军据点，到26日相继攻占三甲村、东团堡等10余处据点。28日，右翼协同左翼先后攻占了南坡头、抢风岭、青磁窑等日军据点。10月9日，大同日军1000余人来援，晋察冀军区决定结束涞灵战役。
9月23日，第129师也组成左翼队和右翼队发起榆辽战役，向守备榆辽公路的日军展开攻击。至30日，左翼队经过艰苦奋战攻占榆社县城。右翼队攻占了榆辽公路上的小岭底、石匣等日军据点后，准备进攻辽县时得到了日军自和顺、武乡同时出援的消息，第129师遂决定转移兵力于红崖头、官地垴地区，伏击由武乡出援的日军。后来，由于没有阻挡住援军的进攻，第129师决定撤出战斗，榆社复为日军占领。
第二阶段作战，八路军攻克日伪军据点多处，摧毁了部分封锁沟、墙，打击了伪政权组织，进一步扩大了抗日根据地。
第三阶段（1940年10月6日—1941年1月24日），在这一阶段，八路军的主要任务是反击日伪军的报复扫荡。
在遭到八路军连续大规模进攻作战的打击后，日军深感八路军对其威胁的严重性，为稳定局势、巩固占领区，便调集重兵对华北各抗日根据地进行大规模残酷的报复“扫荡”。10月19日，八路军总部下达反“扫荡”作战命令，要求各部队与地方党政机关和广大群众密切配合，广泛开展游击战，坚决消灭进犯之敌，粉碎日军的“扫荡”。
10月6日，日军以近万人的兵力对太行抗日根据地榆社、辽县、武乡、黎城间地区进行连续“扫荡”。10月14日，第129师一部在和（顺）辽（县）公路上的弓家沟设伏，歼灭日军一支运输队，击毁汽车40余辆。10月29日—11月4日，第129师第385、第386旅和新编第10旅主力及决死队第1纵队2个团在彭德怀的直接指挥下，将日军第36师1个营包围在武乡县关家垴地区，歼灭400余人，给武乡、辽县增援之敌以重大杀伤。11月14日，日军在连遭打击后撤退。
从10月13日起，日伪军以万余人“扫荡”平西抗日根据地。11月9日，日军又以万余人“扫荡”北岳抗日根据地，并占领了晋察冀军区领导机关所在地阜平。平西和北岳两区军民以内外线相配合，广泛开展游击战，连续伏击、袭击日军后方交通线，迫使日军大部撤退。12月3—27日，晋察冀军区以4个团向阜平、王快的日军发动进攻，迫使日军全部撤出北岳抗日根据地。
12月中旬，日军以2万人的兵力对晋西北抗日根据地进行“扫荡”，占领了除保德、河曲以外的所有县城和大部集镇。第120师部队和晋西北地区群众实行空室清野，坚持“区不离区，县不离县”的游击战。同时，集中主力部队破击日军后方交通线，攻击日军修路部队和运输队。1941年1月下旬，日军被迫全部撤出晋西北抗日根据地。
结果与影响：百团大战历时5个多月，八路军在地方武装和广大人民群众的紧密配合下共作战1824次，毙伤日军2万余人、伪军5000余人，俘日军280余人、伪军1.8万余人；日军自动携械投诚者47人，伪军反正者1845人；拔除据点2900多个，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、煤矿5个、仓库11所；缴获各种炮50余门、各种枪5800余支。日军在遭受打击后，惊呼道：“对华北应有再认识”。
百团大战是抗日战争中，八路军在华北地区发动的一次规模最大、持续时间最长的战略性进攻战役。在这次战役中，中国共产党领导的华北敌后抗日军民齐心协力、前仆后继，同日本侵略者浴血奋战，充分表现了中华民族不屈不挠的战斗精神。百团大战严重地破坏了日军在华北的主要交通线，收复了被日军占领的部分地区，给侵华日军以强有力的打击。百团大战对坚持抗战、遏制当时国民党妥协投降暗流、争取时局好转起了积极作用，进一步鼓舞了全国人民夺取抗战胜利的信心，提高了中国共产党和八路军的声威。
百团大战证明了八路军并不是“游而不击”的军队，锻炼、考验了八路军的作战力量。同时，它沉重打击了日本的“囚笼政策”，日军自称“损失甚大，需要长时期的巨款方能恢复”，对日军震撼极大。此后日军对情报机构进行了空前改革和加强，进一步明确了在华北以中共军队为重点的指导思想。日军华北方面军称此役为“挖心战”，将每年的8月20日定为“挖心战”纪念日。同时还引起日军内部产生“不应变更倾注主力于中国的主旨”的争论，因而推迟了日本南进步伐。
更重要的是，百团大战是在中国正面战场处于严重妥协投降气氛下取得重大胜利的，极大地振奋了全国民心、士气，受到国际上同情中国抗战的国家的高度赞誉，牵制了大量日军，减轻了正面战场压力，推动、鼓舞了正面战场继续抗战的斗志，使日本诱降企图终于遭到可耻的失败。
