1939年冬以来，日军推行“以铁路为柱，公路为链，碉堡为锁”的“囚笼政策”。正太铁路是日军施行这一政策的重要支柱之一，日军在铁路沿线大小城镇、车站和桥梁、隧道附近，均筑有坚固据点，各以数十至数百人的兵力守备，并派装甲火车巡逻。铁路两侧10至15公里的要点，筑有一线外围据点。日军称正太铁路沿线是“不可接近”的地区，用它隔绝八路军总部、第129师活动的太行抗日根据地与晋察冀边区的联系，并以它为依托进攻抗日根据地。
1939年底至1940年春，国民党在华北挑起第一次反共高潮，向山西新军和八路军发动大规模军事进攻，使日军“囚笼政策”得以趁机推行，给抗日根据地造成严重困难。
在这种情况下，1940年春，彭德怀、左权、刘伯承、邓小平和到太行山八路军总部的聂荣臻讨论确定破袭正太铁路。1940年5月1日，日军发动了武汉会战以来规模最大的枣宜会战，在广东方面发动了良口作战，企图对中国政府加强军事压力。在枣宜作战中，日军本无意于长期占领宜昌，但受德军6月14日占领法国首都巴黎的鼓舞，改变初衷，决定占领宜昌，以便直接威胁重庆，动摇国民政府的抗战意志。日军航空兵以宜昌为基地，使5月18日开始的日军航空兵对大后方的战略轰炸进一步升级。
1940年7月22日，八路军总部向晋察冀军区、第129、第120师下达了《战役预备命令》 ，同时上报中共中央军委。
1940年8月8日，八路军总部下达《战役行动命令》，确定了战役部署及作战地域。
百团大战经历了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日至1940年9月10日）
第一阶段为时20天，中心任务是破坏日军交通，重点摧毁正太路。前10天，晋察冀军区、第129师主要是破击正太路；后10天，日军反扑，八路军撤出正太路，晋察冀军区转而出击正太路以北盂县地区，第129师打击前出“扫荡”的日军，第120师在晋西北配合作战。
第二阶段（1940年9月22日至1940年10月上旬）
中共中央1940年9月10日指示：“根据中央七七宣言与七七决定，我八路军新四军全部力量，在目前加强团结时期，应集中其主要注意力于打击日军，应仿照华北百团战役先例，在山东及华中组织一次至几次有计划的大规模的对敌进攻行动，在华北则应扩大百团战役行动到那些尚未遭受打击的日军方面去，用以缩小敌占区，扩大根据地，打通封锁线，提高战斗力”，“击敌和友是目前军事行动的总方针。 ”
1940年9月16日，总部下达了百团大战第二阶段作战命令，指示第二阶段作战目的是扩大战果；作战基本方针是继续破坏日军交通，摧毁深入根据地的某些据点。
百团大战第二阶段，晋察冀军区主要进行了涞灵战役，第129师主要进行了榆辽战役，第120师主要破击了同蒲路。
第三阶段（1940年10月6日至1941年1月24日）
日军在华北的广大地区连续遭到八路军两次大规模攻势的打击，为防止局势继续恶化，尽快稳住占领区，遂调集重兵，从10月6日起，先后对华北各抗日根据地进行报复“扫荡”，企图趁八路军连续作战来不及休整之机，打击八路军主力 ，毁灭抗日根据地。
在榆辽战役结束的10月1日，八路军总部在给各大区的指示中，就指出增援辽、榆之敌可能顺势“扫荡”太北地区，各部应有相应的准备。
1940年10月19日，八路军总部下达了反“扫荡”作战计划，据此各地区军民展开了反“扫荡”作战。
1940年12月10日八路军总部公布，从8月20日至12月5日的3个半月中，八路军共进行大小战斗1824次，毙伤日军20645人（内有营长以上军官18人），伪军5155人，俘虏日军281人，伪军1407人，日军自动携械投诚者47人，伪军反正者1845人（以上共46380人）；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，铁轨21.7万余根，枕木154.9万余根，电线杆10.9万余根，收电话线42.4万余公斤；破坏煤矿5个，仓库11所。此外，还缴获与破坏了其他大量军用物资。日伪军兵力损失，若加上晋察冀军区阜王战役毙伤的2000余人，晋西北反“扫荡”毙伤的2500余人，则达到50880余人。
据日军统计，正太、同蒲及平汉铁路共44681米道轨、93米隧道以及1014米桥梁被破坏，2440根电线杆或被切断，或被倒坏，146公里电线被切断；井陉新矿至少半年不能产煤。
八路军在百团大战前3个半月作战中，伤亡1.7万人，中毒2万余人。129师战后统计，百团大战中该师各部伤亡7362人，失联450人 ，全师百团大战战斗减员达7812人。
百团大战沉重打击了敌华北方面军的“囚笼政策”，对日军震动极大 。百团大战是抗战时期中国工农红军主动出击日军的一次最大规模的战役，它打出了敌后抗日军民的声威，振奋了全国人民争取抗战胜利的信心，在战略上有力地支持了国民党正面战场。百团大战的胜利，沉重打击了日寇的嚣张气焰，鼓舞了中国人民的抗战斗志，在我国抗日战争史上写下了光辉的一页，在国际上也产生了巨大的影响。
