国际形势的变化，日本的全面施压，使国内―部分人发生了恐慌，对抗战前途更加悲观。特别是在国民党统治区，妥协投降的空气日益严重，消极抗日、积极***的暗流不断涌动。在这期间，蒋介石的代表与日方代表在香港、澳门进行了多次秘密接触和会谈。有的国民党军队甚至打着“曲线救国”的幌子投靠日军。此外，日伪顽还在华北地区到处散布八路军“是搞乱的军队”，八路军“专打友军、不打日军”，八路军“游而不击、只吃饭不打仗”等众多谣言来迷惑群众。
一直身处华北敌后的八路军正、副总司令朱德、彭德怀及八路军副参谋长左权对全国抗战局势、尤其是华北抗战局势的发展深感不安。他们决心在华北敌后发动一次较大规模的交通破袭战，打断日军的“柱子”，捣碎日军的“链子”，毁掉日军的“锁子”，从而打破其“囚笼政策”。1940年4月下旬朱德离开八路军总部后，彭德怀与左权继续就开展交通破袭战问题进行研究，并先后同第129师师长刘伯承、政治委员邓小平、参谋长李达，第385旅旅长陈锡联、第386旅旅长陈赓，晋察冀军区司令员兼政治委员聂荣臻，八路军第3纵队兼冀中军区司令员吕正操等人进行过多次讨论。
最后众人一致同意在华北敌后进行一次交通破袭战，并把作战的主要目标放在正太路上，同时对平汉、同蒲、白晋、平绥等华北各主要铁路及其他主要的公路线也展开破袭，以配合正太线的作战行动；除第115师和山东纵队不参战外，第120师、第129师及归其指挥的决死队，另外还有晋察冀军区部队都将参加此次战役。随后，八路军总部即开始起草战役的预备命令。
1940年7月22日，由朱德、彭德怀、左权联名签署的破击正太铁路的《战役预备命令》由八路军总部正式下发到晋察冀军区、第120师及第129师，同时上报中共中央及中央军委。该命令首先简要分析了当时国内的抗战形势及对华北敌情的判断，阐述了破击正太铁路的理由，继而明确指出，此次战役“以彻底破坏正太线若干要隘，消灭部分敌人，收复若干重要名胜关隘据点，较长期截断该线交通，并乘胜扩大拔除该线南北地区若干据点，开展该路沿线两侧工作，基本是截断该线交通为目的”。该命令还要求对其他各重要铁道线，特别是平汉、同蒲线，应同时组织有计划之总破袭，以配合“正太铁道战役之成功”。从该项命令可以看出，八路军总部当时称此次战役为“正太铁道战役”。 7月23日，八路军总部又下发了由朱德、彭德怀、左权联名签署的关于进行正太战役中侦察重点与注意事项的指示，电文中将此次战役称为“正太战役”。8月8日，八路军总部正式发出《战役行动命令》，命令“限8月20日开始战斗”。在同日发出的关于破坏战术之一般指示及8月18日发出的为达成正太战役应连续破路的指示中，八路军总部都称此次战役为“正太战役”。“百团大战”这一名词在当时还没有出现。
