11月13日，完县、唐县、定县、正定、行唐的日伪军2700多人，一齐出动，向晋察冀军区第3军分区所属地区进犯，“扫荡”第1军分区的日军主力也向第3军分区袭来。14日，定襄、五台的日伪军2600多人，分两路向阜平及其西南地区进犯。这次“扫荡”，日军多路分进，多点合击，一面进攻，一面修路，一面构筑据点，给根据地军民造成严重威胁。
从完县、唐县出动的数百名日伪军渡过曹河，袭击父子三村后，向西进犯，到迷城进行野蛮的烧、杀、抢、掠。
11月16日，日军袭击台峪、张家峪地区，这一地区的抗日武装与日军展开了艰苦的斗争。18日，合击台峪的日军占领了晋察冀军区领导机关所在地阜平。21日，从五台出发的一路日军也进入阜平城。
12月3日，晋察冀军区集中4个团的兵力，向占据阜平、王快的日军发动进攻，歼灭日军500多人。留驻根据地的1000多日伪军继续修公路，建据点，企图盘踞在根据地。根据地军民内线和外线配合，采用广泛的游击战，不断伏击和袭击日军后方的交通线，炸毁日军的列车和汽车，拔除一些敌占据点，使日军连续挨打，处于被动地位，不得不从阜平、东庄、王快撤退。
晋察冀军区在持续50多天的反“扫荡”中，先后毙伤日伪军2000多人。12月底，日军被迫全部撤出北岳抗日根据地。
晋西北地区，驻有日军独立步兵第36、第37、第38、第39、第40大队，炮兵1个大队，工兵、辎重兵各1个中队，共约5000多人。从10月下旬开始，日军独立混成第3、第16旅团各一部，共4000多人，对晋西北第8分区和第3分区所在地区进行“扫荡”。
10月27日，日军从驻太谷、祁县的2个步兵大队中抽调800多人，对晋西北地区的文水、交城地区进行“扫荡”；从驻太原、忻县的2个大队中抽调600多人，对第三军分区所属楼烦、米峪镇地域进行“扫荡”。由于抗日军民早已做好了反“扫荡”的准备，日军进入预定地区以后，遭到当地军民的不断打击，一无所获，旋即退回。
12月中旬，日军集中了驻晋西北的独立混成第3、第9、第16旅团和第26师团各一部，驻晋南的第37师团、驻晋东南的第41师团各一部，共约2万多人，对晋西北抗日根据地进行全面“扫荡”。12月14日，从太汾、汾离公路沿线各据点出动的5000多名日军，对第8分区和第3分区米峪镇地区进行“扫荡”；与此同时，从离石、柳林出动的4000名日军，向临县进犯。19日，从岚县和苛岚出动的6000多名日军，对兴县和保德以南地区进行“扫荡”。至23日，分头“扫荡”的各路日军一度占领了晋西北除保德、河曲以外所有的县城和大部分集镇，黄河渡口。日军所到之处，许多村庄被烧光，许多家庭被杀绝。晋西北全区，有5000多群众遭到日军惨杀。在兴县，日军把200多名男女老幼关进一间房内，将他们活活烧死，这种残暴手段极为罕见。
面对严峻的形势和日军的暴行，八路军第120师和晋西北地区的人民群众密切配合，实行空室清野，坚持“区不离区，县不离县”的游击战，同时集中一部主力，寻机歼灭小股日军。第120师不时地集中部分主力部队转移到外线作战，破袭日军的交通线，袭击日军的据点，攻击日军的修路部队和运输队，使日军整日不得安宁。从12月14日至27日，抗日军民利用各种形式连续作战100多次，迫使日军由开始时的疯狂“清剿”转为建点、修路。27日，晋西北军区命令第358旅、独立第1旅、决死第4纵队相机出击，破袭日军的交通，使日军遭到重大打击。第715团一部与临县游击队配合，袭入临县县城，打击日伪军。
在艰苦的反“扫荡”中，晋西北军民先后作战217次，歼灭日伪军2500人，破坏公路125公里，破坏桥梁23座。在八路军的连续不断打击下，日军无可奈何，被迫于1941年1月下旬全部撤出晋西北抗日根据地。
5.大战不宣告结束
震惊中外的百团大战历时3个半月，对抗日战争产生了重大影响，在战争史上留下了辉煌的一页。
百团大战，八路军在地方武装和广大人民群众的积极配合下，严重破袭了日本侵略军在华北的主要交通线，其中破坏铁路474公里，公路1500多公里、桥梁和隧道260多处，正太铁路停运达1个多月之久，同蒲铁路北段两次被切断，平汉、津浦、北宁等铁路也遭到不同程度的破坏，拔除了日本侵略军的据点，歼灭了大量日伪军，充分表现出了华北军民齐心协力，不屈不挠，同日本侵略者浴血奋战的精神。
当希特勒法西斯的闪电战在欧洲战场上连连得逞，反动气焰极为嚣张时，中国抗日战争的敌后战场，却出现了八路军百团官兵大战日本侵略者的奇迹，使日本侵略军遭到重大损失。百团大战中，我军毙伤日军2万余人，自己伤亡1.8万余人，敌我伤亡为1.1∶1。在参战兵力大体相当的情况下，劣势装备的八路军进攻优势装备的日伪军而取得如此战绩，这在战争史上是罕见的。
这组数据也反映了八路军在战争中发展壮大的历史里程。
百团大战，震慑了日本侵略军，推迟了日军南进的步伐，敌后战场牵制了大量侵华日军。百团大战之后，在各地人民钦佩和慰问八路军的欢呼声中，法西斯罪魁东条英机却在日本贵族院和众议院哀叹：“昭和十五年度（即1940年），敌人（指国民党）迄未进行主力的反攻，只有共产军于去年在华北举行大规模的出击。”
百团大战，震慑了国民党顽固派。百团大战是在抗日战争处于困难时期取得的重大胜利。1940年秋，八路军在华北抗日根据地同日本侵略军浴血奋战的艰难时刻，国民党顽固派却从1940年10月起发动了第二次反共高潮，制造了震惊中外的“皖南事变”。毛泽东、朱德、王稼祥全局运筹，于1940年12月22日联名致电彭德怀，提出“百团大战对外不要宣告结束，蒋介石正发动反共新高潮，我们当尚须利用百团大战的声势去反对他”。从这份电报中可以看出，毛泽东把百团大战看作是反对国民党顽固派的一种巨大“声势”，这种在战场上生死搏斗造成的“声势”，是其他力量无法比拟的，是反动势力最害怕的。
蒋介石表面上对八路军的胜利表示欢迎，在9月中旬发出嘉勉电中，称：“朱副长官（第二战区）、彭副总司令：送电均悉，贵部窥破好机，断然出击，予敌甚大打击，特电嘉勉。除电饬其他各战区积极出击，以策应贵军作战外，仍希速饬所部，积极行动，勿予敌喘息机会，彻底断绝其交通为要！”可是，蒋介石暗地里却于1940年10月20日发出密电，称：“近来报上常有记载‘百团大战’字样，如19日新华日报所载晋西通讯即载此事，此项名词及有关之新闻以后应绝对禁止登载，希即饬遵。”可见，蒋介石对百团大战已经到恐惧的程度。百团大战，鼓舞了抗日军民的士气。八路军在抗日根据地打击日军的胜利消息传开以后，抗日军民欢欣鼓舞。抗日救亡组织和群众团体纷纷举行祝捷会和庆功会，一些报社、电台相继发表社论，祝贺八路军取得的胜利。这一胜利，增强了抗日军民战胜困难的信心，表明了中国共产党及其领导的军队，是抗日的中流砥柱。
百团大战，在国际上也引起了震动。苏联《红星报》发表评论，指出：“华北之中国军队，目前正在山西省进行主动性之作战。第八路军正展开大规模之攻势。游击战在山东省与北平附近亦正趋于激化，中国人……始终表现高度之民气，对自身力量具有信念。中国人民为自由独立，争取最后胜利而战，依然表现最大之决心而不能动摇。”美国著名记者史沫特莱写出了很有文采的报道，其中说：“整个华北地区，从晋北山区到东海岸，从南面的黄河到北面的长城，都成了战场，战斗夜以继日，一连厮杀了5个月。一百团打击了敌人的整个经济、交通线和封锁网，战斗是炽烈而无情的。”
百团大战，不仅取得了军事上的重大胜利，也取得了政治上的重大胜利。