第一階段（1940年8月20日－9月10日）

第二階段（1940年9月22日－10月5日）

第三階段（1940年10月6日－12月5日）

百團大戰經歷了兩個主動進攻和一個“反掃蕩”階段。

第一階段從8月20日到9月10日，為時20天，中心任務是破壞日軍交通，重點摧毀正太路。前10天，晉察冀軍區、129師主要破擊正太路。20日夜20時，八路軍避開日外圍據點直奔正太路主目標，同時向正太路全線突然發起奇襲，日軍措手不及，全線被動。

八路軍提出“不留一根鐵軌、不留一根枕木、不留一個車站、不留一個碉堡、不留一座橋梁”的口號，“讓敵人用腳同我們賽跑”，“讓敵人用牛驢搬炮彈、飛機大炮”。八路軍展開攻堅戰，端掉敵一系列據點。每攻克一處，便使用各種可能的辦法，如爆破、火燒、搬拆、水淹等，將之徹底破壞。如敵之重要燃料基地井阱煤礦，八路軍將在之破壞無余，使其半年內不能恢復生產。日軍遭受沉痛打擊，竟然向我軍施放毒氣。這一階段作戰，使日軍正太路大部被破壞，交通完全中斷。

后10天，回過神來的日軍立即組織部隊增援，進行反撲。八路軍則一邊相機繼續破擊正太路，一邊主力機動靈活地從內線轉移到敵之外線，撤出正太路打擊增援日軍。在正太路作戰的同時，120師在晉西北以破擊同蒲路為中心配合作戰，在晉西北廣泛破擊同蒲路及周邊主要公路，一度切斷了同蒲路北段及幾條重要公路日交通線，牽制了大量日軍使其難以增援正太路，有力支援了正太路作戰。

第二階段：從9月22日到10月上旬。目的是擴大戰果，基本方針是繼續破壞敵人交通，摧毀深入根據地的某些據點。不過，日軍受第一階段打擊的教訓，加強了據點的守備，提高了警惕，并繼續進行毒氣戰。同時，日軍大量調動、集結，八路軍總部判斷日軍將對我根據地反撲掃蕩，遂主動停止對日軍的進攻，部署反“掃蕩”作戰。

第三階段：從10月6日到翌年1月24日。日軍在一個多月里的廣大地區連續遭到八路軍的兩次大規模攻勢打擊，損失慘重，受到巨大震撼，深感八路軍力量的可怕和對其威脅的嚴重。為此，調集重兵，從10月6日起，先后對我華北各抗日根據地進行瘋狂報復“掃蕩”。我軍連續作戰未及休整，隨即便投入反“掃蕩”作戰，但由于日軍兵力集中瘋狂報復，還是給根據地造成了極大損失。日軍深入我根據地，施行瘋狂的“清剿”和燒殺搶，企圖消滅根據地軍民的生存條件。八路軍則以適時機動的游擊戰對付掃蕩日軍，不斷尋機殲滅一部日軍，震懾敵膽，使日軍不敢以小部隊分散行動。日軍難以尋找到八路軍主力。在某些地區，敵想修建據點和公路，企圖久占，被八路軍堅決消滅。但是，日軍的大肆反撲、“掃蕩”，也使抗日根據地遭到重大損失，給根據地軍民帶來了嚴重困難。