日本侵略军侵占华北以后，实行速战速决的作战方针，狂妄地吹嘘“3个月内灭亡中国”。可是，日军万万想不到的是，八路军挺进华北以后，开辟了一个又一个抗日根据地，在他们的后方连连出击，即使其精锐部队也连吃败仗。日军于是视八路军和抗日根据地为“心腹大患”。武汉、广州失守后，日军不断增兵华北，由原来30多万猛增至60多万，占其侵华总兵力的一半。日军以优势兵力进攻抗日根据地，并称之为“扫荡”。同时在根据地周围修筑据点碉堡，构筑封锁线，通过“蚕食”边缘地带向根据地腹地压缩。为粉碎敌人的“扫荡”、“蚕食”及“清乡”，八路军和根据地人民采取游击战与有利条件下的运动战相结合、内线作战与外线作战相结合的办法，积极主动地打击、消灭敌人。日军一次次地“扫荡”，一次次地受挫，就连日军中将、号称“山地战专家”的阿部规秀也于1939年11月在黄土岭战斗中被八路军击毙。这在华北抗日战场上，乃至抗日战争史上是第一次击毙日军中将指挥官。敌人对此十分懊丧，日军华北方面军总司令多田骏为阿部规秀之死写了个挽联：“名将之花，凋谢在太行山上。”
日军在军事上受到沉重打击后，转而对八路军及抗日根据地进行更为疯狂残酷的“扫荡”。多田骏提出了为配合“扫荡”的“囚笼政策”，其措施是：以铁路为柱，以公路为链，以碉堡为锁，辅之以封锁沟、封锁墙，从敌占区向游击区和抗日根据地构成网状囚宠，对抗日军民进行压缩包围。日军企图利用便利的交通条件，发挥他们现代化装备的优势，扼杀根据地，消灭八路军，对此，粉碎日军的“囚笼政策”，开展大规模的交通破袭战，成为八路军同日军斗争的焦点。
在华北交通线中，正太铁路有着十分重要的地位。日军把正太路看成是连接山西和河北的重要交通命脉，投入重兵加以保护。八路军开展交通破袭战，也把重点放在破坏正太路以及同蒲路上。
1940年7月22日，已回到延安的朱德和正在华北敌后的彭德怀、左权向八路军各部正式下达破袭正太路的预备命令。命令指出：为了打击敌人的“囚笼政策”，打破敌人进犯西安之企图，争取华北战局更有利的发展，决定趁目前青纱帐与雨季时节，敌人对晋察冀、晋西北及晋东南的“扫荡”较为缓和的有利时机，大举破袭正太路。战役主要在正太路沿线进行，以截断其交通为目的。命令规定直接参战的总兵力应不少于22个团，并在8月10日前完成各项准备工作。这个命令同时上报了中央军委。
8月8日，朱德、彭德怀、左权正式下达战役行动命令，对战役部署和作战的地域划分作出具体规定：晋察冀军区破袭正太路石家庄至平定（不含）段，对北宁、津浦路德州以北段，德石、沧石、沧保各路及平汉路元氏至卢沟桥段亦同时进行破袭；一二九师及总部炮兵团一部破袭正太路平定（含）至榆次段，同时对平汉路元氏至安阳段、德石、邯大、白晋、临屯、同蒲路榆次至临汾段进行破袭；一二○师破袭平遥以北之同蒲路及汾（阳）离（石）公路。这个命令还规定，此次战役于8月20日开始。
8月20日晚10时，华北地区大规模交通破袭战打响了。由于八路军指战员和根据地民众参战积极性非常高，参战总兵力超过了原来的规定，达到105个团，因此，八路军总部把这次战役称作“百团大战”。
战役一开始，八路军各参战部队在总部指挥下向各线之敌同时发起突然猛烈的攻击。在正太路，一颗颗红色信号弹腾空而起，划破了夜空，各路突击部队好似猛虎下山，扑向敌人踞守的车站和据点，雷鸣般的爆炸声此伏彼起，响彻全路。晋察冀军区的部队强攻天险娘子关，经过3小时的反复冲击，夺取了敌人修筑的4个大型堡垒，胜利的红旗插上了娘子关。同时，晋察冀军区部队重点攻击了井陉煤矿。在矿区工人的积极配合下，部队经过一夜激战消灭了矿区之敌。一二九师参战部队攻占了阳泉至榆次间敌人多处重要据点。一二○师部队对汾离、忻（县）静（乐）公路及同蒲路朔县至宁武段进行了破袭。至9月初，各参战部队基本完成正太路等线的作战任务。这时，日军调整兵力，由榆次、阳泉、石家庄等地增援正太路。八路军伏击其援军。9月6日，一二九师一部在榆社以西双锋镇歼灭由同蒲路来援之敌第三十六师团永野大队400余人，大队长永野被击毙。9月10日，各参战部队根据总部命令结束第一阶段作战。
战役第二阶段从9月20日开始。主要作战目标是继续扩大第一阶段战果，继续进行破袭战，重点在于歼灭交通线两侧和深入根据地内的敌人据点。一二九师在9月23日至10月4日的榆辽战役中攻克小岭底、石匣等据点及榆社县城，同时还破袭了白晋路北段、同蒲路祁县至霍县段及长治至潞城的公路。冀南军区部队破袭了平汉路高邑至彰德段。晋察冀军区在9月22日至10月9日进行了涞（源）灵（丘）战役，攻击涞源城未果，遂将其外围10多个据点攻破。冀中军区发动了任（丘）河（间）大（城）肃（宁）战役，攻克据点20多个，破坏公路150多公里。一二○师再度破袭同蒲路北段，切断了该路交通。
八路军一个半月接连不断的破袭战，使日军遭受沉重打击。为挽救局势，敌人急调华北境内所有能够调遣的兵力，对根据地进行疯狂的报复性“扫荡”。从10月6日开始，战役第三阶段由破袭战转入反“扫荡”。敌人的“扫荡”首先从晋东南开始，而后扩大到平西、北岳区和冀中区。敌人所到之处实行杀光、烧光、抢光的“三光政策”。来不及休整的八路军立刻投入反“扫荡”。八路军主力部队在各地采取内线外线相结合的战法，寻找战机主动打击敌人。到12月上旬，八路军粉碎了敌人的“扫荡”。至此，历时3个半月的百团大战结束。
百团大战是抗战以来华北战场上空前未有的主动积极向日军进攻的大会战，战役中，八路军共作战1824次，毙伤日军2万余人，伪军5000余人，俘虏日军280余人、伪军18000余人，破坏铁路470公里，公路1500公里，拔除据点2900多个，一度收复40多座县城，最后得到巩固的县城在26个以上。日军对根据地实行的“囚笼政策”受到重创。百团大战还打破了敌人对抗日根据地的经济封锁，切断了敌人的经济运输，破坏了敌人的经济开发，特别是破坏了井陉煤矿，使敌人不能利用我华北的最大煤矿，严重地打击了敌人的“以战养战”的阴谋。
百团大战的胜利鼓舞和动员了敌后军民和全国人民的抗日精神，提高了中国共产党和八路军的地位和威望，打击了国民党制造的所谓八路军“游而不击”的谣言，对全国抗战形势的发展起了良好作用。
百团大战胜利的消息传到陕甘宁边区后，各界人士兴奋异常，纷纷举行热烈庆祝活动。毛泽东给在前方指挥作战的彭德怀去电说：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？9月20日，延安各界举行有两万多人参加的庆祝大会，毛泽东、朱德被推举为大会主席团成员。会上朱德受到了热烈欢迎。此外，全国各地各界人士对百团大战也交口称赞。卫元煌来电说：“百团大战，不惟予敌寇以致命之打击，且予友军以精神上之鼓舞。”他还命令在晋南的国民党军队配合八路军作战。蒋介石也致电朱德、彭德怀，表示对八路军要“特电嘉奖”。
在百团大战中，八路军不仅表现出对侵略者的满腔仇恨、奋勇杀敌的气慨，还充分体现出伟大的革命人道主义精神。聂荣臻司令员拯救两个日本小姑娘的故事就说明了这一点。
在进攻井陉煤矿的战斗中，八路军战士救起两个日本小姑娘，一个五、六岁，一个尚在襁褓中。她们的母亲在战火中死了，父亲是井陉火车站日本副站长，受重伤后殒命。聂荣臻指示将两个孩子带到指挥部来。他亲自拿梨给大一点的孩子吃，还新自喂粥给她喝。聂荣臻问她叫什么名字，她说叫“兴子”（以后知道她真名叫美穗子）。兴子在指挥部停留期间，一直跟着聂荣臻，他走到哪里，她就用小手拽着司令员的马裤腿跟到那里。后来，聂荣臻考虑在激烈的战斗中身边带着两个小孩子会有很多困难，把她们留在异国他乡也会引起她们伤感，于是，他找到一个可靠的老乡，准备用挑子把两个孩子送到石家庄去。临行前，聂荣臻还给日本官兵写了一封信，信中说：
日阀横暴，侵我中华，战争延绵于兹四年矣。中日两国人民死伤残废者不知凡几，辗转流离者，又不知凡几。此种惨痛事件，其责任应完全由日阀负之。
此次我军进击正太线收复东王舍，带来日本弱女二人。其母不幸死于炮火中，其父于矿井着火时受重伤，经我救治无效，不幸殒命。余此伶仃孤苦之幼女，一女仅五六龄，一女尚在襁褓中，傍徨无依，情殊可悯。经我收客抚育后，兹特着人送还请转交其亲属抚养，幸勿使彼辈无辜孤女沦落异域，葬身汤壑而后已。
我八路军本着国际主义之精神，至仁至义，有始有终，必当为中华民族之生存与人类之永久和平而奋斗到底，必当与野蛮横暴之日阀血战到底。深望君等翻然觉醒，与中国士兵人民齐心合力，共谋解放，则日本幸甚，中国亦幸甚。
两个日本小姑娘送走了，她们是否平安回国了，聂荣臻司令员常常为她们担心。40年的光阴过去了。1980年，在中日两国新闻工作者努力下，在日本九州找到了“兴子”，她的真名叫美穗子，她已经是3个孩子的母亲了，与丈夫经营着一家小杂货铺。她那受伤的小妹妹在当年送到石家庄后不久就死在医院里。
为了表达对聂荣臻的感激之情，美穗子带全家来到了中国。她见到了救命恩人聂荣臻司令员，不禁热泪盈眶，一再表示感谢。聂荣臻对她说：“这件事，不只是我一个人会这样做，我们的军队，不论谁，遇到这样的事情，同样都会这样做。”
是啊，八路军是正义之师，是人民的军队。他们誓死反抗日本帝国主义的侵略，却决不与日本人民为敌，他们仇恨日本侵略者，却决不伤害无辜的日本平民。这种国际主义精神、革命人道主义精神的充分发扬，显示出中国共产党领导的人民军队的浩然正气。这样的军队必将攻无不克，无坚不摧。