1940年8月20日至1941年1月24日(一說1940年12月5日)，八路軍在華北進行了一次百團大戰。
從7月22日發佈預備命令到最後下達行動命令，八路軍總部部署的都是20來個團參加的正太戰役。直到8月22日八路軍總部作戰科首次對戰情進行綜合整理時，彭德懷、左權才意外地發現共有105個團參加了這次戰役。於是，中國人民抗日戰爭歷史上出現了一個光輝的名詞——“百團大戰”。
八路軍總部對於百團大戰最初並沒有規定戰期，只是在預備命令中要求從部隊出動之日起準備一個月的糧食，這大體可理解爲作戰一週左右。因此，一二九師8月17日下達的作戰指示要求：“必須保證從廿日廿二時開始連續破擊至少五天或七天，並爭取更長時間才能達到摧毀任務。”
那麼，百團大戰爲什麼又打了這麼久呢?
首先，是大好戰機延長了作戰時間。
戰鬥打響後的幾天內，戰區內日軍完全處於被動挨打的局面，八路軍完全控制了戰場上的局勢。爲了爭取更大的戰果，8月24日，“集總令正太破擊必須堅持至少半個月(15天)之久”。
8月26日，八路軍放棄苦守了七天七夜的獅腦山。陽泉日軍開始出擊。
8月28日，八路軍放棄了對娘子關的爭奪。河北日軍開始進入山西。
8月30日，日軍開始實施“晉中作戰”，來自晉南的6000多名日軍以500人左右爲一路，阻擊從正太路返回太行山根據地的軍民，一度威脅到轉移至卷峪溝的中共北方局、八路軍野戰政治部和一二九師師部，局勢開始緊張起來。
根據敵情變化，八路軍總部於9月2日下令自次日起全線轉移，各種戰鬥於9月10日全部結束。
其二，爲了進一步擴大戰果，發動了第二階段的戰鬥。
百團大戰前期的勝利，使彭德懷產生了開展第二階段戰鬥的想法。他於8月31日向賀龍、關嚮應、聶榮臻、劉伯承、鄧小平徵求意見，並報毛澤東、朱德、王稼祥。詢問是否可以徹底摧毀正太路和同蒲路部分路段，使晉西北、晉察冀、太行山三大根據地聯成一片。
這一估計過於樂觀，但擴大戰果是完全可能的。1940年9月16日，朱、彭、左聯名下達了百團大戰第二階段的作戰命令。這一命令要求：一、繼續破壞敵寇交通;二、克復深入我基本根據地內之某些據點。
9月20日夜，百團大戰第二階段的戰鬥打響。
其三，反“掃蕩”和擴大政治影響使百團大戰延長至1941年1月下旬才最後結束。
爲了對百團大戰實施報復，日軍於1940年9月底部署了一場“毀滅戰”。編入戰鬥序列的部隊多達5個師團、10個獨立混成旅團和1個騎兵旅團，實際出動兵力約15萬。
在這種背景下，百團大戰轉入反“掃蕩”階段。
10月28日，日第三十六師團岡崎大隊在一度竄入關家堖，這個地方距八路軍總部所在地武鄉磚壁村僅十多裏山路。此時，陳賡所率的七十二、一十六、三十八、二十五共4個團正在八路軍總部附近地區休整。岡崎大隊一到關家堖，便被八路軍包圍起來了。
關家堖戰鬥於10月30日凌晨4時打響，時在前線的三八六旅參謀長周希漢說：“經兩晝夜的激戰，發動了十七八次猛烈攻擊，多次進行白刃格鬥，終於將敵佔山頭周圍有工事的高地完全佔領。岡崎大隊六百餘人幾乎全部被殲滅，僅在關家堖的山上，敵人留下的屍體就有二百八十餘具，還有屍灰三大堆。可見敵人敗得多麼慘重。”
八路軍的傷亡情況也很嚴重，連同阻擊部隊在內，共傷亡六百餘人，關家堖戰鬥因此而成爲百團大戰受到批評最多的一次戰鬥。
不容忽視的是，日軍更加承受不了一次戰鬥死亡數百人的損失，關家堖戰鬥結束後的第二天，也就是11月2日，華北方面軍匆匆宣佈結束全面“掃蕩”，關家堖戰鬥因此而成爲百團大戰主要戰鬥結束的標誌。12月10日，八路軍總部野戰政治部發布了《百團大戰總結戰績》，事實上宣告了百團大戰的結束。由於戰績統計截止日期爲12月5日，因此，史學界不少人以12月5日爲百團大戰結束的標誌。
此後，一方面，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，毛澤東和中央軍委也要求“百團大戰對外不要宣告結束”。於是，八路軍各部一方面繼續反“掃蕩”，另一方面抓住機會繼續打破襲戰和伏擊戰，直至1941年1月24日晉西北根據地粉碎日軍的反“掃蕩”，百團大戰才最後結束。
