1940年8月20日夜，晋察冀军区、第129、第120师在八路军总部统一指挥下，发动了以破袭正太铁路（石家庄至太原）为重点的战役。战役发起第3天，参战部队已达105个团，故称“百团大战”。百团大战是抗日战争相持阶段八路军在华北地区发动的一次规模最大、持续时间最长的战役。
自1939年冬以来，日军以铁路、公路为支柱，对抗日根据地进行频繁扫荡，并企图割断太行、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”。八路军总部决定发动交通破击战，重点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。这次战役经历了两个主动进攻阶段和一个反“扫荡”阶段。
第一阶段（8月20日至9月10日）。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。经过20天的战斗，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（北段）、石德、北宁铁路以及主要公路也被切断；华北各交通线陷于瘫痪。
第二阶段（9月22日至10月上旬）。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。在这段时间里，我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师主要破袭了同蒲路。在这些战斗中，八路军给敌人以沉重打击；但是，我军计划要拔除的敌据点未能全部拔除。
第三阶段（10月6日至翌年1月24日），主要任务是反击日伪军的报复扫荡。在这段时间里，八路军先后粉碎了日伪军对太行、太岳、平西、北岳、晋西北等抗日根据地的大规模扫荡。
百团大战历时5个多月。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，共计毙、伤、俘和投诚日伪军达46480人。其中包括：毙、伤日军20645人，伪军5155人；俘虏日军281人，伪军18407人；日军自动携械投诚者47人，伪军反正者1845人。同时，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；破坏煤矿5个，仓库11所。此外，还缴获和破坏了其他大量军用物资。
百团大战粉碎了日军的“囚笼政策”，推迟了日军的南进步伐，增强了全国军民取得抗战胜利的信心，提高了中国共产党和八路军的声望。
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