發生過程：

第一階段（1940年8月20日至9月10日）

戰役最早由8月20日晚8點開始的華北交通要道破襲戰為序幕，當時正太鐵路橫越太行山，是連接平漢、同蒲兩條鐵路的紐帶，也是日軍獲得山西煤炭資源的重要通道，也是對晉察冀邊區等抗日根據地進行「掃蕩」的據點的主要分布區，同時井陘煤礦也在這條鐵路上。八路軍的進攻戰役首先在正太鐵路發起，因此戰役開始時被稱為「正太戰役」。

作戰初期八路軍兵力部署異常隱蔽，日軍直至戰鬥打響才發覺中國軍隊的動向，日本方面將9個獨立混編師投入戰場。至9月下旬為止，正太鐵路全線癱瘓，並破壞北寧鐵路、平綏鐵路、平漢鐵路、津浦鐵路，井陘煤礦亦遭破壞。八路軍佔領娘子關的部分地區。

第二階段（1940年9月20日至10月5日）

在第二階段時期，除暫留約10個團兵力繼續阻撓道路和橋樑的修築，主力則把戰鬥對象轉移到鐵路交通線兩側的日本守軍與被抗日根據地包圍的日軍據點，目的是鞏固並擴大戰果，其中以榆遼戰役、淶靈戰役最為激烈。延安地區、山東地區、安徽地區的八路軍也投入作戰。日軍也投入使用了戰爭公約所禁止的毒氣與生物武器展開反撲，戰爭也進入相持階段。

第三階段（1940年10月6日至1941年1月24日）

1940年10月初，百團大戰第二階段作戰暫告一段落。隨後，八路軍參戰各部按照總部的要求進行休整，以利進行下一階段的作戰。為回應八路軍的百團大戰，日本軍隊開始將各地的機動兵力集結於華北地區，對抗日根據地進行報復性「掃蕩」，藉以迫使八路軍退出華北交通要道，先後對太行山地區、太岳地區、晉察冀邊區、晉西北等地進行掃蕩。此後由於日軍大兵壓境，各根據地的反「掃蕩」戰鬥仍在繼續；另一方面，由於此時的國共關係特別緊張，毛澤東和中央軍委要求「百團大戰對外不要宣告結束」，繼續對日作戰。八路軍隨即展開百團大戰第三階段，一方面以運動戰和游擊戰、麻雀戰（騷擾游擊戰術）反擊日軍「掃蕩」，另一方面抓住機會繼續打破襲戰和伏擊戰。到1941年1月24日，八路軍擊退日軍掃蕩，百團大戰正式宣告結束。

歷史影響：

一、

百團大戰雖然減少國民政府的壓力，但中國共產黨控制的地區卻遭到打擊，這場戰役將中國共產黨領導的敵後解放區部隊暴露在日軍的視線內。日軍原本只在華北平原只留下少數兵力，此戰促使日本調回約二十萬的部隊進行「掃蕩」，於1941年至1943年進行「殺光、燒光、搶光」的「三光」政策。面對日軍掃蕩，八路軍化整為零，退入山區和鄉村利用游擊戰同日軍周旋。華北日軍由於找不到八路軍主力，於1941年將目標轉向在太行山區（山西南部）的國軍，以國民革命軍第一戰區衛立煌部與第三戰區顧祝同部為主要目標，並以此為基礎發動了中條山戰役。

二、

文化大革命中，百團大戰成為彭德懷遭受紅衛兵攻擊的把柄。紅衛兵指責彭德懷違背毛澤東以游擊戰為主的戰略，過早暴露了共軍的實力，因而引發後來的新四軍事件，造成共產黨軍隊的重大損失。